Anasayfa » EVRENİ ANLAMAK » Evrenimizin Entropisi

Evrenimizin Entropisi

Entropiyi hesaplarken önce madde ve enerjiye dair biraz beynimizi zorlayalım.

Evrendeki maddeler arasında ne olduğu konusu hayli ilgi çekici bir konudur. Yani mesela iki galaksi arasında ne var?

Samanyolumuz ve Andromeda galaksisi mesela. Aralarında bir şey var mı yoksa yok mu? Bu sorulara saçma deyip e uzay var diyebilirsiniz. Hatta uzayın da kocaman bir boşluktan ibaret olduğunu düşünüp, e arada boşluk var diyebilirsiniz. Ses bile ilerleyemiyor, uzayda bağıramıyoruz işte diye kızıp kocaman simsiyah bir hiçlik olduğundan emin bile olabilirsiniz.

Oysa gerçek pek de öyle değildir. Hani Einstein’ın kozmolojik sabit dediği ve denklemlere eklediği bir sabit vardı ya işte kuramsal fizikte artık buna vakum enerjisi deniyor. Boşluk olduğunu düşündüğümüz uzay da, vakum enerjisiyle kaplıdır. Modern kuantum mekaniği vakumun sıkıcı bir yer olmadığını ve yeterince yakından bakarsak eğer sanal parçacıklarla fıkır fıkır olduğunu söyler.

Bu durum aslında Heisenberg belirsizlik ilkesinin sonucudur. Yani: herhangi bir sistemin gözlediğimiz özelliklerini kusursuz bir kesinlikle tek bir duruma indirgemek mümkün değildir. Yakından bakınca parçacıklar yaratılıp yok olurlar. Ve bunlar vakumun kuantum dalgalanmalarını temsil ederler. Bu sanal parçacıklar defalarca dolaylı şekilde tespit edilmişlerdir, yani orda olduklarından kesinlikle eminiz. Bu parçacıklar da enerji taşırlar. Bu enerji de kozmolojik sabite katkı sunar. Yani bu parçacıkların toplam katkısına bakıp kozmolojik sabit hakkında tahmin yürütebiliriz.

Genel görelilik ile Kuantum mekaniğini birleştirmeye çalışmak bugünün fizikçilerinin en çok uğraştığı alan. Buna genel olarak kuantum kütleçekim kuramı deniyor. Ama henüz çok eksik olan bir alan ve elimizdeki kuantum kütleçekim kuramını bu durumda hesaba katmaktansa onun yerine dolaylı olarak kuantum kütleçekimine katkı sunan enerjiler üzerinden bunu inceleyebiliriz.

Bildiğimiz üzere Max Planck bir dizi temel birimler icat etti ve kuantum mekaniğinin öncüsü oldu. Üstelik de bu konuda çalışmazken tesadüfen yaptı bunu. İlk önce kara cisim ışıması üstünde çalışırken bugün Planck Sabiti dediğimiz (h) bir sabit tespit etti. Ki bu kuantum mekaniğinde açısal momentumun kuantumudur.

Sonra bunu Newtonun kütleçekimi (G) ve ışık hızı (c) ile çeşitli oranlarda çarptı böldü ve bugün temel birimler olarak kabul edilen birimleri buldu. Bu birimler simdi kuantum kütleçekiminin ayırt edici özelliği olarak kabul edilmektedir.

Planck uzunluğu: LP=1,6×10 -35metre

Planck zamanı: tP=5,4×10 -44 saniye

Planck kütlesi: MP=2,2×10 -8 kilogram

Planck enerjisi: EP= 1,956 × 109 joule

Simdi sıfırdan Planck enerjisine kadarki tüm parçacıkların vakum enerjisine katkısını hesaplarsak vakum enerjisi hakkındaki tahminimiz yaklaşık santimetreküpte 10105 jolue olur.

Ancak gözlediğimiz vakum enerjisi 10 -15 dir. Yani tahmin hesabıyla gözlem arasında inanılmaz uçurum var ve bu yaklaşık 10 120 kat bir farktır. Kabaca söylersek gözlemlenebilir evrenimizdeki toplam parçacık sayısı yaklaşık 1088 kadardır. Anlamak için dünyadaki kum taneleri sadece 10 20 kadardır.

Vakum enerjisinin olması gerekenden bu kadar düşük olmasını henüz tam açıklayamıyoruz ve bu açıklayamama haline ‘kozmolojik sabit sorunu’ deniyor.

Bildiğimiz kadarıyla da evren kesinlikle genişliyor ama vakum enerjisi değişmiyor. Veya biz henüz bunu ölçemiyoruz. Bir grup fizikçi, vakum enerjisinin çok küçük etkisiyle, evren olması gerekenden daha hızlı genişliyor diye düşünüyor.

Şimdi bu bilgiler ve giriş eşliğinde evrenin entropisine bir bakalım. Büyük patlamadan hemen sonraki donemde evren sıkışmış gaz topu gibi bir şeydi ve bu durumda klasik termodinamik formülleri burada işe yararlar ve kütleçekiminin o anda çok az etkisi vardır. Erken dönem evrenimizdeki entropiyi yaklaşık 1088 olarak hesaplıyoruz.

Günümüze gelince aslında bu karmaşıklıktaki entropi için elimizde güzel bir formül yok, ama çok büyük entropi taşıyan karadelikler üstünden düşünürsek kaba bir tahmin mümkün olur.

Bir karadelikteki, tabi büyükçe bir karadelikten bahsediyoruz, yaklaşık
1090 civarında entropi tahmin ediyoruz. Ve gözlemlenebilir evrenimizde de yaklaşık 1011 bu boyutta karadelik olduğunu düşünüyoruz. Bu durumda bugünkü entropi yaklaşık 10101 civarında olacaktır.

Eğer evrendeki tüm maddeyi tek bir karadeliğe sıkıştırırsak bunun entropisi de 10120 olur. Elbette evren tek bir karadeliğe çökmeyecek. Ancak bir şey dikkatimizi çekmeli: yukarda vakum enerjisi tahmini ile gözlenen değerin farkını yazmıştık 10120 ve simdi de boş uzayın bile entropisi varken evrendeki maksimum entropi için de 10120 sayısına ulaşıyoruz. Aslında şu an evrendeki madde yoğunluğu ile vakumdaki enerji yoğunluğunun üst üste binmesi ve bir olması durumudur. (gözlenebilir evren boyunun Planck uzunluğuna bölünmesi ve sonucun karesinin alınmasıyla yukarıdaki sayılara ulaşırız)

Tüm bu hesaplarda ilk dönem entropi ile şimdiki entropi arasındaki fark çok büyüktür ve bu hem beklemediğimiz ölçüde büyüktür hem de gözlemediğimiz ölçüde büyüktür. Bunu hesaplayabiliyor ama nedenini açıklayamıyoruz. Neden o kadar düşük entropi ile başladık? Bunu tam bilmiyoruz.

Büyük patlama teorisi buna iki olasılık verir. Birisi zamanın da büyük patlama ile başladığı ve evrenin de sınırlara izin verdiği. İkincisi ise başlangıç diye bir şey yoktur, zaman sonsuzdur ve büyük patlama bizim evren -gözlemlenebilir evren olarak alın bunu, için söz konusudur yani lokaldir.

Bunlardan hangisi gerçekliğimiz onu da vakum enerjisini daha iyi anladığımızda çözeceğiz belki de, belki de asla bunu anlayamayacağız, kim bilir.

Matematiksel

Paylaşmak Güzeldir

Yazıyı Hazırlayan: Emir Emirmahmudoglu

Avatar
Y.Emir Emirmahmudoglu 1973 K.Maraş doğumlu, İTÜ’de Matematik ve mühendislik okuduktan sonra, Ankara Üniversitesinde Hukuk okudu. Uzun yıllar Ankara ve İstanbul’da dershanelerde Matematik, Fizik ve Felsefe öğretmenliği yaptı. Amsterdam’da Vrije Universiteit’da Yapay Zeka eğitimi aldı ve hali hazırda yeniden burada Matematik öğretmenliği okuyor. Rotterdam’da yaşıyor. Halen evreni ve varoluş sorunlarımızı düşünmekten büyük zevk alıyor. Ve bu zevki çocuğu da dahil tüm çocuklara aşılamak istiyor. -Vicdan ve matematiğin doğru orantılı olduğuna inanıyor...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.