Akıp giden zaman insan algısının ötesinde, fiziksel bir gerçek, sebebi ise entropi.
Bir yıl daha sona eriyor. Kimilerine göre göz açıp kapayıncaya kadar biterken, kimilerine göre ise asırlarca sürmüş olabilir. Bu göreliliği bir kenara bırakırsak, 2023’ten 2025’e kadar zamanda 1 yıl, 12 ay, 365 gün, 8 bin 783 saat ilerlediğimiz fiziksel bir gerçek. Fizik insanlığın ölçebildiği ve yanlışlayabildiği olguları açıklayabildiği gibi, zamanda ileri gitmenin de nedenselliğini açıklayabiliyor. Zamanın ileri yönde akmasını sağlayan bir şey var; entropi.
Entropi, en genel haliyle bir sistemdeki düzensizlik veya belirsizlik ölçüsü olarak tanımlanıyor. Fizikten matematiğe, kozmolojiden bilgi teorisine kadar geniş bir uygulama alanı bulmuş olan bu kavram, evrenin temel yasalarını anlamamıza yardımcı olan en kritik kavramlardan biri. Entropi, genellikle bir sistemin enerjisini kullanabilir hale getirme kapasitesini de ifade ediyor. Ancak, kavramın uygulanması ve yorumu bilimsel alanlara göre çeşitlilik gösteriyor.
Ne zaman, nasıl tanımlandı?
Entropi kavramı ilk olarak 1850’li yıllarda Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından termodinamiğin ikinci yasası çerçevesinde tanıtıldı. Clausius, entropiyi “bir sistemin enerji düzeyindeki kullanılamazlık” olarak tanımlayarak, kavrama matematiksel bir temel kazandırdı. Ardından, 1870’lerde Ludwig Boltzmann, entropinin mikroskobik açıklamasını sundu ve kavramı istatistiksel mekanik alanına taşıyarak modern anlamına ulaştırdı.
Zamanla entropi kavramı, fizik dışında da çeşitli alanlarda kullanılmaya başladı. 20. yüzyılda bilgi teorisinin babası olarak bilinen Claude Shannon, entropiyi bilgi teorisine entegre etti. Shannon, bir sistemdeki belirsizliğin ölçülmesi için entropiyi kullandı ve bu sayede telefon, gps, bilgisayar gibi modern iletişim teknolojilerinin temellerini attı.
Fizikte, entropi genellikle termodinamiğin ikinci yasası ile ilişkili olarak ele alınıyor. Bu yasa, kapalı bir sistemde entropinin daima artma eğiliminde olduğunu söylüyor. Örneğin, bir bardak sıcak çay zamanla oda sıcaklığına gelir. Bu durumda, enerji düzeyleri daha düzenli bir durumdan daha düzensiz bir duruma geçer. Fizikte entropinin artışı, evrendeki zamanın şekillenmesinde kritik bir rol oynar.
Matematikte ise entropi, bilgi teorisi ve istatistikte kullanılıyor. Claude Shannon’un bilgi teorisi çalışmalarında, bir mesajın (iletinin) entropisi, mesajdaki belirsizliğin veya bilgi içeriğinin bir ölçüsü olarak hesaplanıyor. Örneğin, bir zarın atılması durumunda olası sonuçların eşit dağılımı nedeniyle entropi, o durumda olabilecek maksimum değerle ölçülüyor. Ancak, bir zarın üzerinde sınırlı sayıda seçenek olduğu durumda entropi azalıyor.
Ancak, entropi ve zaman arasındaki ilişki mutlak değil. Bazı fizikçiler, entropi artışının zamanın okunu belirlemede tek başına yeterli olmadığını savunuyor. Mikroskobik düzeyde bazı süreçler tersine çevrilebiliyor; yani entropi azalabiliyor ve bu durum zamanın geri akışı gibi yorumlanabiliyor. Bu duruma örnek olarak kuantum düzeyinde gözlenen negatif zaman fenomeni verilebilir. Kuantum mekaniğinde bazı gözlemlerde, zaman ters yönde akıyormuş gibi görünebiliyor. Örneğin, “kuantum dalga fonksiyonu” bazı deneylerde hem ileri hem de geri yönde hareket edebiliyor.
Entropi Dünya’ya sığmıyor
Entropi, kozmolojide evrenin çalışma prensiplerini anlamada merkezi bir rol oynuyor. Evrenin başlangıcında, yani Big Bang anında entropinin düşük olduğu düşünülüyor. Ancak evren genleştikçe entropi de artıyor. Bu durum, evrenin gelecekteki termodinamik ölümünü (heat death) öngörüyor. Kozmolojide entropi artışı, kara deliklerin oluşumu ve evrendeki madde dağılımı gibi çeşitli fenomenlerle de ilişkili olarak inceleniyor.
Entropi, yalnızca fiziksel sistemlerdeki enerji dönüşümlerini değil, aynı zamanda yaşam ve ölüm kavramlarını da şekillendiriyor. Sean Carroll’a göre, zamanın tek yönlü akışı, yani “zamanın oku”, entropinin sürekli artışından kaynaklanıyor. Bu düşünceye göre eğer entropi olmasaydı, zamanın ileri akışı da mümkün olmaz, dolayısıyla yaşam ve ölüm gibi süreçler ortaya çıkmazdı. Yaşamın temel kimyasal süreçleri, enerjinin düzensizlik içinde yayılmasını gerektiriyor ve bu süreç, entropinin artışıyla paralel olarak işliyor.
Örneğin, bir bitkinin fotosentez yapması, güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi sürecinde entropinin artmasına dayanıyor. Benzer şekilde, insan metabolizması da enerji alışverişi sırasında entropiyi artırarak yaşamı sürdürüyor. Ancak bu süreç, organizmaların sonunda kaçınılmaz olarak daha düzensiz bir duruma, yani ölüme doğru ilerlemesine yol açıyor. Entropi yaşam ve ölüm arasındaki dengeyi bu şekilde açıklıyor.
Roger Penrose, entropinin zamanın oku üzerindeki etkisini vurguluyor ve evrenin başlangıcındaki düşük entropili durumun, zamanın tek yönlü akışını mümkün kıldığını savunuyor. Penrose’a göre, evrenin genişlemesiyle birlikte entropinin artışı, yalnızca fiziksel değil, aynı zamanda kozmosun zaman algımız üzerindeki etkisini de belirliyor.
Öte yandan, Albert Einstein’ın genel görelilik kuramı, zamanın esnek ve mekanla ilişkilendirilmiş bir boyut olduğunu ortaya koyuyor. Ancak göreliliğin bu bakış açısına rağmen, entropi zamanın belirgin bir yönü olduğunu bize hatırlatıyor. Örneğin, görelilik kuramına göre, bir kara deliğin olay ufkunda zamanın durduğu gözlemlenirken, kara deliğin entropisi maksimum seviyeye ulaşıyor. Bu ilişki de, entropi ile zaman arasındaki ayrılmaz bağı bir kez daha doğruluyor. Stephen Hawking de kara delik entropisi üzerine yaptığı çalışmalarda, kara deliklerin bilgi ve enerji yutarken entropiyi artırdığını ve zamanın okunun burada bile işlediğini belirtiyor.
Tüm bunlar şimdiye dek bildiklerimiz. İnsanlığın içinde bulunduğu koşullarda ölçebildiği kadarıyla, zamanın ileri yönde aktığı fiziksel bir gerçek. Zaman, takvimlerimizin simgelediklerinin ötesinde bir gerçeklikte akıp gidiyor. Gerçekleri nedensellikle açıklamaya çabalamak, sonlu bir kapalı sistemde, yani evrende, insan varlığının anlamlı kılınmasının en verimli yollarından biri…
Kaynak: 2N News
