Kırılmış bir yumurta tekrar bir araya gelebilir mi? Sıkılmış bir diş macunu yeniden tüpün içine girer mi? Peki ya zaman geriye akabilir mi? Muhtemelen Doctor Who’nun Tardis’ine sahip değilseniz, hayır. O zaman şu şekilde soralım: Neden zamanda yolculuk konuları teorik fizikçiler tarafından ele alınırken hep ileriye, geleceğe gidiş üzerinde çalışılıyor da geçmişe dönüş ele alınamıyor? Hepsinin tek bir yanıtı var, o da entropi!
Evrenin yasalarından sizi hangileri heyecanlandırır? Kütleçekim Yasası? Hubble Kanunu? Enerji Korunumu? Mutlak Sıfır? Evrim? Sizi bilmem ama benim kalbimi tıpkı bir roller coaster’e binmişim gibi hızla çarptıran, heyecanlandıran ve bu heyecanla çığlık çığlığa gülme isteği uyandıran iki yasa var; Evrim Yasası ve Termodinamiğin 2. Yasası olan entropi. Hangisi daha ağır basar diye düşünüyorum ama sanıyorum ikisi de başa baş kazanır bu yarışı. Bu arada, belirtmeliyim ki daha önce hiç roller coaster’e binmedim ama Yukon Striker’a da binsem sanıyorum beni bu yasalar ve bunlar üzerine düşünüp okumak kadar heyecanlandıramaz.
1850’li yıllarda R. Clausius tarafından ifade edilen entropi kabaca şunu söyler, “Sistemlerin entropisi (S) daima artar ya da belirli durumlarda (izole sistemlerde) sabit kalır, fakat asla azalmaz.” Yani, sistemin düzensizliği arttıkça, entropisi de artar deriz. Entropiyi azaltmak için sisteme dışarıdan enerji vermek zorundasınızdır. Entropiyi dışarıdan alınan bu enerjiyle azaltabilirsiniz, ancak hiçbir zaman negatif değere getiremezsiniz.
Etrafımızdaki her sistem bu yasaya tabiidir. Ve bizler zamanın akışını da bu şekilde algılarız, yani zamanın akış yönünü entropinin arttığı yön olarak algılarız. Bir şey öğrendiğimizde, bir anı biriktirdiğimizde yani bilgi depoladığımızda kendi zihnimizin düzensizliğini azaltırken, etrafa yaydığımız ısı sebebiyle evrenin entropisini geri dönülmez bir şekilde artırırız. Artık kaydettiğimiz bu bilgiler, evrenin düzensizliğinin az olduğu dönemin birer hatıralarıdır. Bu da demek oluyor ki bizlerin hatırladığı her şey, evrenin daha düşük entropili dönemlerinde kalmıştır. Hatırlamak dediğimiz eylem, bizim için geçmişi ifade ettiğine göre zamanın geçmişten geleceğe doğru akması da entropinin arttığı yöne doğru akması demektir. Bu yüzden bugün zaman yolculuğundan bahsedilirken hep gelecek ele alınıyor. Fakat bilimde sürprizleri beklemekten vazgeçmemek lazım. Ola ki bir gün geçmişe gidebileceğimiz bir uzay mekiği ya da solucan deliği gibi bir oluşum (ama solucan deliği değil çünkü solucan delikleri çok uzak mesafeler yani gelecek için düşünülen bir teori) icat edilir veya keşfedilirse nereye gitmek isterdiniz? Hiç düşündünüz mü? Ben kesinlikle davet edildiğim bir yere gitmek isterdim. 28 Haziran 2009 Cambridge Üniversitesi’ne… Stephen Hawking’in düzenlediği o meşhur partiye: “Welcome Time Travellers”
8 Dakika Ne kadar Uzak?
Ama geçmişe “yolculuk” o kadar da imkânsız değil, tabii buna yolculuk derseniz. Örneğin gece gökyüzüne baktığımızda geçmişe bakıyoruz; milyonlarca, belki milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki yıldızların parlamalarına. Astrofizikçiler, Kozmik Mikrodalga Geri Planı adını verdikleri evrenimizin bebeklik fotoğrafına baktıklarında aslında bugünün içinde büyük patlamadan 380 bin yıl sonrasına bakmış oluyorlar. Her sabah, gördüğümüz Güneş ışınları Güneş’ten çıktıktan 8 dakika sonra tenimize ulaşıyor. Yani Güneş’e baktığımızda uzağa, geçmişe bakmış oluyoruz. 8 dakika pek de uzak bir geçmiş sayılmaz derseniz eğer, sizi 1 milyon yıl öncesini düşünmeye davet ediyorum.
Shire’dan yola çıkan Frodo Baggins’in yolculuğu kadar heyecanlı olmasa da aşağı kalır yanı olmayan bir yolculuk hikâyesi anlatmak istiyorum; bir fotonun hikâyesini.
Bir Foton Hikayesi
Foton, nükleer füzyonun sonucunda açığa çıkan yüksek bir enerjidir. Nükleer füzyon reaksiyonları, iki hidrojen atomunun çarpışıp helyum açığa çıkardığı reaksiyonlardır. İki hidrojen atomu, eşit yüklü iki proton olduğu için birbirlerini iterler ve reaksiyona girmeleri oldukça zordur. Bunun için aşırı basınç ve sıcaklık gerekir. Bu aşırı basınç ve sıcaklık ise aşırı kütle çekimi sayesinde mümkün olur. Neyse ki güneş sistemimizdeki toplam kütlenin %98’ine sahip güneşimizde devasa bir kütle çekimi vardır. Bu sayede milyonlarca kez çarpışan protonların %1’inden azı enerji yayar yani reaksiyona girer. Çoğu protonun reaksiyona girmesi milyonlarca yılı bulabilir. Ancak hepsi aynı anda reaksiyon üretseydi, güneşimiz yok olurdu ve belki de canlılık hiçbir zaman başlayamazdı. Bu başarısız reaksiyonlar sayesinde bizler hayattayız.
Güneşin çekirdeğinde gerçekleşen bu füzyon reaksiyonları, çok küçük ama çok güçlü bir ışık yaratır. Böylelikle hikâyemizin başkahramanı foton sahneye çıkmış olur.
Ölümcül Gama Işını
Foton, yolculuğuna çekirdekte gama ışını olarak başlar. Gama ışını, ışık spektrumundaki en yüksek enerjiye sahip ışık türüdür ve ölümcüldür. Eğer güneş, kızgın bir ışık kütlesi olmasaydı çekirdeği terk edip yüzeye ulaşması sadece 2 saniyesini alırdı. Bu da demek oluyor ki foton oluşur oluşmaz çekirdeği terk eder ve dünyaya gama ışını olarak ulaşırdı. Neyse ki foton, hidrojen atomlarından oluşmuş ve kalınlığı 600 bin km’nin üzerindeki katmanlar boyunca yolculuğuna devam ediyor da ölümcül gama ışını olarak bizlere ulaşamıyor.
Güneşin çekirdeği radyasyon bölgesi ile çevrilidir ve bu bölge 320 bin km boyunca uzanır. Fotonun radyasyon bölgesinden çıkması epey zordur. Yüzbinlerce hatta 1 milyon yıl boyunca foton, yoğun radyasyon bölgesinde bir noktadan diğerine doğru savrulur, absorbe edilir, fırlatılır, çarpışmalar yaşar. Buradaki çarpışmalarla enerjisi azalır. Sonunda ölümcül bir gama ışınından düşük enerjiye sahip bir X-ışınına dönüşür.
Fotonumuz, doğumundan 1 milyon yıl sonra nihayet radyasyon bölgesinden çıkabilmiştir ama hala serbest kalamamıştır.
Kaotik Bölgedeki Dolmuş Hattı
Kahramanımız şimdi şiddetli bir katmandan daha geçmek zorundadır. 200 bin km derinliğe sahip bu kaotik bölgenin adı, ısı yayımsal bölgedir. Ancak burada ilerlemesi o kadar da zor olmaz, yaklaşık 1 hafta içerisinde bu bölgeyi geçebilir. Peki nasıl?
Isı yayımsal bölgenin derinliklerinde fotonlar, plazma halindeki atomlara çarpıp onları ısıtır ve bu atomlar tarafından emilirler. Bu sayede plazma halindeki atomu kaynama noktasına ulaştırmış olurlar. Kaynayan plazma ise fotonumuzu yukarıya doğru taşır ve yukarıya gelince serbest bırakır çünkü aralarında ısı alış verişi olur. Bu esnada foton tekrar değişime uğrar; yükselirken soğur ve enerjisinin bir kısmını kaybeder. X-ışınından gözle görülebilir ışığa dönüşür.
Isı yayımsal bölgenin tepesine vardığında fotonu görünür ışık olarak serbest bırakan taşıyıcı atom ise soğur ve başka fotonları absorbe etme görevine devam etmek için tekrar aşağı iner, sonra tekrar yukarı çıkar. Yani tıpkı Kızılay-ODTÜ dolmuş hattı gibi oldukça yoğun çalışır.
Fotonlar en sonunda Güneş’in görünen kabuğuna, yani fotosfere varırlar. Bu tabakadan bize ulaşan ışığı, gözümüz algılayabilir. Ancak Frodo Baggins’in yolculuğuyla yarışacaksak eğer, bizim fotonumuz fotosferden hemen yayılanlardan olmasın; işin içine birazcık daha macera sokalım. Ama Jason Statham’ın gereksiz aksiyon sahneleri gibi sırf fotonumuzu karizma gösterelim diye zorlama macera filmleri tadında değil; gerçek bir Mordor Yolculuğu ciddiyetinde.
Mordor Yolculuğu’nda Son Durak
Yüzeydeki başka bir güç, kahramanımızın önüne engel çıkarıyor. Peki, fotonu yüzeyde hapseden bu bölüm sonu canavarı da kim?
Eğer NASA’nın veya herhangi bir astrofizikçinin sosyal medya hesabını takip ediyorsanız, muhakkak güneşin yüzeyindeki lekeleri gösteren fotoğrafları görmüşsünüzdür. Bu lekeler, ışığın hapsolduğu yerleri gösterir ve enerjinin azaldığı noktalar anlamına gelirler. Bu durum, fotonun güneşin yüzeyini terk etmesine mani olan güçlü bir engelle karşılaştığını bize söyler. Bu gücün adı, manyetizma.
Güneş dev bir gaz bulutu olduğu için ekvator kutuplardan daha hızlı döner. Her dönüşte manyetik alanı bükülür. Manyetik çizgilerin büküldüğü yerlerde plazmanın taşıdığı fotonların yüzeye erişmesi engellenmiş olur. Yüzeye erişmiş fotonlar bu sefer de manyetizma kuvvetinin engeline takılmış olur. Işığın serbest kalamadığı noktalarda işte bu koyu lekeler oluşur.
Manyetik çizgiler, düğümlendiği bu noktalardaki gerilime daha fazla dayanamaz ve tepki olarak patlamalara yol açarlar. Dolayısıyla buralarda birikmiş manyetik enerji dengesiz bir şekilde serbest kalır ve püskürür. Bu sayede, 1 milyon yıllık yolculuktan sonra foton, sonunda bir kaçış yolu bulmuştur. Trilyonlarca başka fotonla birlikte uzaydaki serüveni başlamış olur.
Artık özgür olan kahramanımız ışık hızıyla, saniyede 300 bin km hızla uzayda yol alır ve güneşi terk ettikten sadece 8 dakika sonra gözlerimize ulaşır. Güneşin çekirdeğinde üretilen enerjiyi nihayet gezegenimize taşıyan foton, yaşamın devamlılığını güvence altına alır.
Eğer bu yazı ilginizi çektiyse sıradaki yazımız sizin için geliyor: Kaç Yaşındasın? Neye Göre?