Bu yazıma başlamadan önce, geçen ay yayınlanmış olan güneş tutulması hakkındaki yazıda dalgınlık eseri yapmış olduğum önemli bir yanlışı özür dileyerek düzeltmek istiyorum: İkinci sütunun başında, “ Aynı esnada, bu olay Türkiye’nin bu bandın dışında kalan bölgelerinde ise halkalı güneş tutulması şeklinde izlenecektir ” demişim ki doğrusu “ parçalı güneş tutulması şeklinde izlenecektir “ olmalıdır.

Şimdi asıl konumuza gelelim: Her şeyin bir sonu vardır. Hiç merak ettiniz mi acaba, içinde yaşamakta olduğumuz kainatı nasıl bir son beklemektedir ? Bu sayıda bunu anlatmaya çalışacağız.
 

Etrafımızda gördüğümüz her şey madde ve enerjiden ibarettir. Madde, radyasyon yaymak suretiyle çeşitli türden enerjiye dönüşür, çok istisnai bazı haller dışında, enerji tekrar maddeleşmez. Konunun kolayca anlaşılabilmesi için radyasyon yayan maddeyi eriyen su buzuna benzetebiliriz. Ancak su örneğinin aksine, eriyik (enerji) kolay, kolay tekrar buz (madde) haline dönüşmez. Güneş’imiz, bu anlamda, erimektedir. Dün, bugüne nazaran 345.000 milyon ton daha ağırdı, zira her saniye, 4 milyon ton maddesi enerjiye dönüşmektedir. 24 saatlik bu kütle farkı, mekanda gözle görülür ya da görülmez radyasyon olarak yayılıyor ve bu radyasyonun kainattaki yolculuğu, enerjisi önüne çıkan madde tarafından tümüyle yutuluncaya kadar devam edecektir. Bu olay, her biri birer güneş olan bütün yıldızlarda da aynı şekilde cereyan etmektedir ve biz bu sayede onları görmekteyiz.

Bir nehrin kenarında durup suyunu denize götüren akıntısına bakarsak, bu suyun zamanla  bulut haline ve bulutun da yağmur haline dönüşeceğini, yağmurun da nehir sularını besleyeceğini düşünebiliriz. Acaba fiziksel kainatta da işler benzeri tarzda mı cereyan etmektedir?  Bir başka ifadeyle kainatta da radyasyonun, ötelerde bir yerlerde, tekrar (donup) maddeleştiği böyle kapalı devre bir sistem mi vardır, yoksa o, telafi kaynağı bulunmayan ve aktıktan sonra bir daha geri dönmeyen bir nehire mi benzemektedir ?

Bu soruların cevabını termodinamik biliminin kanunlarında buluyoruz.
 

Dünya üzerinde hayat, varlığını enerji sayesinde sürdürmektedir: Gemilerimizi, trenlerimizi, otomobillerimizi, uçaklarımızı hareket ettiren,  vücutlarımızda kas gücüne dönüşen ve bizi yaşatan; kimyasal enerjidir. Kimyasal enerjinin yanında, yine gemileri hareket ettirmek ve elektrik enerjisi elde etmek için nükleer enerjiyi de kullanmaktayız. Gündüzü ve geceyi, yaz ve kışı, med ve ceziri hasıl eden Dünyanın dönme hareketinin mekanik enerjisidir. Canlıları yaşatan, iklimleri oluşturan Güneş’in ısı enerjisidir.

Burada hatırlatalım, ısı, geçmiş sayılardan birinde etraflıca anlattığımız gibi, aslında maddenin moleküler mertebedeki düzensiz titreşimlerinden ibaret olan mekanik bir olaydır. Ben bu olayı gözümde canlandırmak  için  molekülleri, bir tepsi içinde, hiç durmaksızın birbirleriyle çarpışarak titreşmekte olan çelik bilyalar olarak düşünürüm. Titreşimlerin mertebesi, maddenin sahip olduğu ısı enerjisinin miktarını belirleyen bir faktördür. Sıcaklık bunun ölçüsüdür.

Dışarıdan (örneğin ocağın üzerindeki bir kabın içinde ısıtmak suretiyle) iletilen enerjiyle, ısıl titreşimlerin büyüklüğü arttıkça maddenin sıcaklığı artar ve söz konusu madde normal halinde katı ise, giderek daha fazla genlikle titreşmeye başlayan moleküllerinin (bilyaların) araları açılır ve söz konusu madde önce sıvı, sonra gaz haline gelir. Bu şekilde değişime uğrayan maddeye dışarıdan enerji aktarmaya son verirsek, bir başka ifadeyle maddeyi kendi haline bırakırsak, bir süre sonra enerjisinin çevreye göre fazla olan kısmını yine ısıl titreşimler yoluyla etrafına aktarmak suretiyle soğuyarak eski haline döner.

Termodinamik bilimi, enerji ile bunun geçirmekte olduğu değişimlerden bahseder ve öncelikle, birinci ve ikinci kanunlar olarak tanımlanan iki prensibe dayanır. Bu prensipler de esas itibariyle, enerjinin miktar ve kalitesiyle ilgilidir. Aslında termodinamiğin dört  kanunu vardır, ancak sıfırıncı ve üçüncü kanunları bu aşamada bizi ilgilendirmemektedir.

Enerjinin korunması prensibini ihtiva eden birinci kanun, özünde enerjinin yok edilemeyeceğini, bir şekilden diğer bir şekle geçebilirse de bu değişiklikler esnasında toplam miktarının sabit kalacağını söyler. Bu takdirde, kainatın toplam enerjisi sabit kalıyor demektir ki bu bir anlamda; kaynağı olan enerji yok edilemeyeceğine göre hayat da burada ve şayet varsa başka dünyalarda,  sonsuza kadar devam edebilecek demektir.

Ancak termodinamiğin ikinci kanunu, bunun böyle olamayacağını söylüyor. Enerji miktar itibariyle yok edilemese de şekil ve kalite, yani kullanıma elverişlilik itibariyle daima değişmekte olup, bu değişimin doğrultusu yokuş aşağı inişe benzemektedir.  Örneğin bir milyon erg’lik ışık enerjisi, bir milyon erg’lik ısı enerjisine kolaylıkla dönüştürülebilir; ışığı soğuk ve siyah bir yüzeye düşürmek bunun için yeterlidir.
 

Fakat aksi işlemi gerçekleştirmek, yani ısınan bu yüzeyden tekrar tam tamına bir milyon erg’lik ışık enerjisi elde etmek mümkün olamaz. Bir milyon erg’lik enerji bir defa ısı şeklini aldı mı bunun bir daha aynı miktarda ışık enerjisi halini alması imkanını düşünemeyiz. İsterseniz düşünmeyi deneyelim:

Önce, ısınmış olan bu yüzeyden, enerjinin bir kısmı, ısıl titreşimlerle civardaki diğer maddelere aktarılacak ve bu suretle levhanın bir miktar enerjisi havaya gidecektir.  Levhada kalan ısıyı tekrar ışık enerjisine çevirmek için, bir düzenekle önce elektrik enerjisine, elektrik enerjisini de örneğin bir elektrik ampulü vasıtasıyla ışık enerjisine dönüştürebiliriz. Ancak bu esnada da doğal olarak yine bir miktar enerji, düzeneğin içinde bir yerlere akıp gidecektir. Örneğin ampulün filamanında yine ısı şeklinde ortaya çıkacaktır. Kolaylıkla görüleceği gibi; sonuçta bu yolla tekrar oluşturacağımız ışığın enerji miktarı bir milyon erg’in oldukça altında kalacaktır. Eksilen enerji de ısı halinde, artık kimsenin işine yaramayacak şekilde bir yerlere dağılıp gitmiş olacaktır.
 

Neticede bu olayın sonunda, bir miktarı tekrar kazanılan ışık enerjisi ile çevreye dağılan ısı enerjisin matematik toplamları sabit kalmış olmakla beraber, bir milyon erglik enerjinin kullanıma elverişliliği azalmıştır. Teorik olarak, bu işlem defalarca tekrarlandığı takdirde, en sonunda  elde, elektrik ampulünü yakacak kadar ışık enerjisi kalmaz, enerjinin tümü ısıl enerji şekline dönüşerek çevreye dağılır.

Radyasyon enerjisini de ele alalım: Bilindiği gibi görülen ya da görülmeyen ışık da dahil olmak üzere her türlü  radyasyonun taşıdığı enerji miktarı, günümüzde “kuvantum” denilen matematik büyüklüklerle tanımlanmaktadır. Radyasyonun çağdaş fizikteki yorumuna göre ışık da, her birinin enerji değeri,  h; Planck sabitesi = 6,625 x 10 üzeri eksi 27 erg.saniye, v (nü); frekans olmak üzere, (hxv)  çarpımı ile belirlenen kuvantumların, bir başka ifadeyle; enerji paketçiklerinin akımıdır.
 

 (h) sabit olduğuna göre frekans (v) ne kadar büyük ise, kuvantumun enerji miktarı da o kadar büyük olacak demektir. Öte yandan frekansın büyüklüğü ile dalga boyu birbirleriyle ters orantılıdır. Zira frekans, 1 saniyede gelip geçen dalga boyu sayısıdır. Dalga boyu uzun, dolayısıyla frekansı küçük olan ışığın kuvantumlarının  enerjisi, daha kısa dalga boyuna, dolayısıyla daha büyük frekans değerine sahip olan ışığın kuvantumlarınınkine nazaran daha azdır. Kısaca ifade edersek; kısa dalga boylu radyasyon daha çok, uzun dalga boylu radyasyon daha az enerji taşır.

Yıldızlar büyük ölçüde radyasyon kaynaklarıdır. Radyasyon, yıldızların milyonlarca derece sıcak olan merkezlerinde, nükleer reaksiyonlar sonucu oluşur. (Doğada bulunan  radyum, uranyum gibi radyoaktif elementler de yine radyasyon yayan kaynaklardır, ancak bunlardan yayılan radyasyon, miktar itibariyle yıldız radyasyonlarının yanında kayda değer değildir.)
 

Yaratıldığı anda çok küçük dalga boyu ile büyük miktarda enerji yüklü  olan radyasyon, bunun hemen ardından civarındaki atomik parçalarla çarpışa, çarpışa enerjisini bunlara aktarmaya ve yıldızın yüzeyine doğru yol almaya başlar. Yıldızlar öylesine büyük ve yoğundurlar ki radyasyon kuvantumlarının merkezden yüzeye ulaşıp, uzaya dağılmaları Güneş’imiz için yapılan hesaplara göre yaklaşık beş bin yıl almaktadır. Radyasyonun kainattaki seyahati de enerjisini, bazı istisnai haller dışında, karşılaştığı madde kütlelerine aktarmak suretiyle, devamlı olarak dalga boyu uzayacak doğrultuda cereyan eder. 

Neticede; yıldızların içindeki nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan radyasyon, uzayda yol alırken enerjisini  önüne çıkan maddeye aktarmakta ve bu olaylar sırasında,  kainatın toplam enerjisi sabit kalmakla beraber, kuvantumların enerjisi, giderek madde moleküllerinin ısıl titreşimlerine indirgenmektedir. Titreşen madde molekülleri de bu ısıl enerjiyi, termodinamiğin ikinci kanunu gereğince, bulundukları ortamın içinde müsavi olarak dağıtmaktadırlar.
 

Termodinamiğin ikinci kanununun yorumunda ihtimaliyet kavramının önemli rolü vardır. Bunu şöyle bir örnekle izah edebiliriz: İçinde istirahat ettiğimiz odayı düşünelim, acaba bizim bu odada bir an için havasız kalıp boğulmamız  ihtimali var mıdır ?  Yapılan hesaplara göre;

“ 1 bölü10 üzeri 26 ” gibi fevkalade küçük mertebede bir ihtimalle, vardır. Zira odadaki hava moleküleri, ortamın ısısına tabi olarak devamlı hareket halindedirler, odanın her köşesini dolaşıp dururlar. Bu karmaşık ve düzensiz hareketleri sırasında zamanın çok küçük bir kesrinde, bütün hava moleküllerinin odanın sizin bulunmadığınız tarafında toplanmaları da bir olasılıktır. Ancak rahatımız kaçmasın, zira gerçekten de bu çok, çok küçük bir olasılıktır ve böyle bir şey olsa dahi bu olay sizin havasızlıktan boğulmanıza yetecek kadar bir zaman sürmeyecek ve esasen siz bunun farkına da varmayacaksınızdır.
 

İşin başından beri tekrarlaya geldiğimiz gibi, ısı enerjisi söz konusu olduğunda madde moleküllerinin genel temayülü, bu enerjiyi aralarında eşit şekilde paylaşmak yönündedir. Odadaki hava molekülleri gibi, oda sıcaklığındaki bir bardağın içinde devamlı hareket halinde bulunan su molekülleri de bir an gelip söz birliği etmiş gibi, hep beraber bardağın dibini terk ederek dışarı taşmazlar. Böyle bir olay gerçekleşseydi, ısıl titreşimlerin mertebesine bağlı olarak, bardağın dibinde kalan bir miktar su donacak, üstte toplanan su ise kaynayacaktı.  Aslında bu olayın da bu şekilde gerçekleşmesi ihtimali  vardır, ancak bu da yine aynı mertebeden çok, çok küçük bir ihtimaldir. Yeri gelmişken hatırlatalım :“ 1 bölü 10 üzeri 26 “,  veya bir başka ifadeyle “ 10 üzeri 26’da 1“ ;  1’in, 10 rakamının önüne  26 adet sıfır konulmak suretiyle bulunacak sayıya bölünmesi demektir.

Her iki örnekten de anlaşılacağı gibi madde moleküllerinin hep birlikte aynı yönde hareket etmek suretiyle, sinerji yaratıp, taşıdıkları enerjinin kullanıma elverişliliğini arttırma ihtimalleri hemen, hemen yok gibidir.
 

Isı enerjisinin çevrede eşit şekilde paylaşılması; sıcaklıkların eşitlenmesi anlamına gelmektedir. Bu suretle kainatta ısının karıştığı her olayda, enerjinin bir kısmı bir daha geri kazanılamayacak şekilde, çevreye aktarılmakta ve neticede enerjinin kullanıma elverişliliği de giderek azalmaktadır. Bazı hallerde bu enerjinin bir miktarını belli tekniklerle, tekrar kazanmak mümkün ise de bunun için dışarıdan ilave enerji kullanmamıza ihtiyaç vardır.

Olayların bu şekilde yorumu, termodinamikte antropi denilen, biraz esrarengiz bir kavramı gündeme getirmiştir. Kısaca ifade etmek gerekirse; antropi, bir anlamda,  enerjinin  kullanıma elverişliliğinin azalması demektir ki enerji ile ilgili olaylarda bu elverişlilik azaldıkça, kainatın antropisinin arttığı kabul edilir ve termodinamiğin ikinci kanunu gereğince  antropi devamlı olarak artmaktadır.
 

Kendi hallerine bırakıldıklarında bir işe yaramayan gaz ya da sıvı madde moleküllerinin  düzensiz ısıl titreşimlerini, pistonlu ya da türbinli makinalar kullanarak biz düzenleyip yönlendiririz ve ısı enerjisini, mekanik enerji haline dönüştürerek kullanıma elverişliliğini arttırmak suretiyle iş üretiriz ki bu durumda kainatın antropisi de bir miktar azalır. Buna karşılık bu makinaları çalıştırabilmemiz için soğutucu aksamı vasıtasıyla sistemden çekmek zorunda kaldığımız ısı enerjisi ile mekanik aksamındaki sürtünmelerle oluşan ve neticede havaya giden ısı da antropiyi yine bir miktar arttırmaktadır. Canlılar da, vücutlarında kullanıma elverişli enerji ürettikleri için, kainatın antropisini azaltan varlıklardır.

Sonuç olarak : Kainattaki madde ve enerji miktarı sabittir, bu konuda dışarıdan herhangi bir katkı söz konusu olamaz, zira dışarısı yoktur. Bir şeyin dışı kavramı,  günlük hayatımızdan kazanılmış insanlık kadar eski bir kavramdır ve yeni, yeni tanımaya başladığımız kainata uygulanamaz. Modern fiziğin verilerine göre; bizim en, boy ve yükseklik olarak algıladığımız üç boyutuyla kainat, dördüncü bir boyutta, kendi üzerine kapanmış bir uzay – zaman sürekliliğidir ki bugün matematik diliyle, böyle bir yapının özelliklerinin tarifi yapılabilmekteyse de, dar çevremizden kazanılmış alışkanlıklarımızın ve tahayyül kabiliyetimizin tümüyle ötesinde  kaldığından, onu gözümüzde canlandırmamız kesinlikle mümkün değildir. Dört boyutlu kainat kavramını fiziğin gündemine sunan Albert Einstein bile bunu yapamamıştır. Bu, belki uzak bir gelecekte, bu işlere kafa yormak suretiyle şekillenecek, çok üstün zekalı, yeni nesil beyinlere nasip olacaktır.
 

Samanyolu benzeri gökadalarda  radyasyon üreten güneşler ömürlerinin sonunda patlayıp ölmekte, bu esnada oluşan şok dalgaları, çevrede gaz ve toz halinde bulunan madde bulutları içinde  girdaplar yaratarak yoğunluk merkezleri oluşturmak suretiyle, yeni güneşlerin doğumunu tetiklemektedir. Ancak, ölen her güneşe karşılık bir yeni güneş hayata gelmediği için, çok, çok uzun bir zaman sonra, şimdi ışıl, ışıl olan bu gökadalar kararıp, tükenmiş güneşlerin kalıntılarıyla, artık ışımayan madde yığınlarına dönüşecektir. Buraya kadar geçen sürede kainatın aktif cevheri her yerde “ eriyip “ tümüyle radyasyona dönüşecek, bu radyasyon da, çok geniş olan kainattaki maddenin sıcaklığını  sadece birkaç derece arttırabilmek için sarf edilecektir. Öyle bir zaman gelecektir ki, artık radyasyon enerjisi  tükenen karanlık kainatın her noktası, mutlak sıfırın ( yani; eksi 273 santigrad derecesinin ) beş, on derece üzerinde, hep aynı sıcaklığa sahip olacaktır. Isı enerjisi kainatın her köşesinde aynı seviyede, mevcudiyetini koruyacak  ise de, sıcaklık farkı olmayacağından bu enerjinin bir yerden bir yere akma imkanı kalmayacak ve nasıl bir havuzdaki durgun su, o seviyedeki bir çarkı çeviremezse, kainatın iş yapma kabiliyeti de aynı şekilde sona erecektir.  Bunun böyle olacağını bize termodinamik bilimi söylemektedir ve bu kaçınılmaz akıbete  “kainatın ısı ölümü” denilmektedir. Neticede, ileride, bu yolun bir yerinde, yaradılışın doğa kanunları değişmediği takdirde, yüzlerce milyar yıl sonra, kainatın sonu bu şekilde tecelli edecek gibi gözükmektedir.

Tabi ki, kainatı bu sona taşıyan olayların bilimsel tarifleri bu kadar basit değildir, biz burada  konuyu, kolayca anlaşılır olması için, sadece ana hatlarıyla anlatmaya çalıştık.
 

Not:  Bu yazı hazırlanırken, 1877 ile 1946 yılları arasında yaşamış olan ünlü İngiliz fizik ve astronomi alimi Sir James Jeans’ın  “The Universe Around Us – Etrafımızdaki Kainat ” isimli eserinden de yararlanılmıştır.