Termodinamik bakış açısı ile yaşam kaçınılmaz mı?

Bir çok fikir, yaşamın oluşmasını, elinde sonunda birçok olasılıktan birisinin gerçekleşmiş olmasına bağlıyor. Ancak MIT'de teorik fizik üzerine çalışan Jeremy England'ın teorisine göre, durum hiç de olasılıksal olmayabilir. Yaşam, doğanın var olan yasaları ile, bir kayanın bir tepeden yuvarlanması kadar kaçınılmaz olabilir.

Fizik açısından bakıldığında yaşayan ve cansız kümeler halinde bulunan karbon atomları arasındaki önemli fark, yaşayan karbon atomlarının enerji yakalama ve yakaladıkları enerjiyi ısı olarak yayma kapasitelerinin çok yüksek olmasıdır. England, bu kapasiteyi açıkladığına inandığı matematiksel bir formül geliştirdi. Bu formülü ise, termodinamik yasalarına dayanarak buldu. Formüle göre, sistem dışındaki bir enerji kaynağının etkisinde kalan (mesela Güneş etkisinde kalan) atom kümeleri, genellikle eninde sonunda çok daha fazla ısı yayacak biçimde dağılımlarını düzenliyorlar. Böyle bir olay, maddelere ister istemez yaşamsal özellikler kazanma şansı sunuyor olabilir.

Genler ve popülasyon seviyesinde etkili bir yaşam tanımı yapan England'ın teorisi, Darwin'in doğal seçilim yoluyla evrim teorisinin yerine geçmektense, onu tamamen destekler nitelikte. Bu konu hakkında England: "Kesinlikle belirtmem lazım, bu evrim teorisinin yerine geçen bir teori değil. Aksine, Darwin'in teorisi, fizik açısından daha genel bir olgunun, özel bir durumu olabilir."

Şimdilik, teorinin genel olarak sonuçları doğru gözüküyor ancak şüpheli olan noktanın, formüllerin yorumlanışı olduğu düşünülüyor. İyi haber ise, bu teorinin nasıl test edilebileceğine dair insanların bir kaç fikrinin olması. Bir çok bilim insanı, England'ın teorisinin, test etmeye değer bir teori olduğunu düşünüyor.

Peki, England'ın bu teorisi bize tam olarak ne söylüyor ve neye dayanıyor? İşte bu nokta biraz ilginç. England'ın bu fikri, temelde termodinamiğin 2. yasası olan entropi yasasına dayanıyor. Bu yasa bize kısaca, maddelerin neden soğuduğunu, yumurtanın çatlayınca neden eski haline dönmediğini, gazın neden havada yayıldığını, kısaca enerjinin neden dağılmak ve yayılmak eğiliminde olduğunu söylüyor. Entropi kavramı ise, bu eğilim bir ölçüsü. Kısacası bir sistemde, toplam enerjinin parçacıklara nasıl dağıldığını ve bu parçacıkların sisteme nasıl yayıldığı konusunda bize sayısal bir bilgi sunar. Isı enerjisi, bir maddedeki atomların sahip olduğu toplam kinetik enerji olarak tanımlanır. Atomların sahip oldukları bu kinetik enerji, bulunduğu ortamdaki başka atomlarla etkileşmeleri yüzünden bir enerji aktarımı gerçekleşir. Enerji aktarımının nereden nereye olacağını da sıcaklık belirler. Sıcak olan madde enerji salar, soğuk olan madde enerji alır. Sonunda sıcaklıkların eşitlendiği "termodinamik denge" denilen bir noktaya ulaşılır. (Not: Newton soğuma yasasınca bu noktaya ulaşma zamanı teorik olarak "sonsuz" zaman alır ancak çok kısa zamanda sıcaklık farkları, önemsenmeyecek değerlere, milyarda 1'lere kadar düşer.) Örneğin bir odaya sıcak bir çay koyduğunuzda, onun bir süre soğumasının sebebi bundan kaynaklıdır. Ancak tam aksine, böyle bir ortamda (dışarıdan etki olmadığı sürece) çay durup dururken ısınmaz.

Her ne kadar kapalı sistemler için entropi artsa da, açık bir sistem için entropi bir yerde sabit kalabilir. (Bkz; Güneşten enerji alan Dünya için entropi bir yerde sabittir.) Ancak bu durumda sistem, çevresindeki şeylerin entopisini arttıracaktır. (Bkz; Güneş'in entropisi her zaman artar.) Ünlü fizikçi Erwin Schrödinger de, 1944 yılında Entropi ile canlılığı birleştirerek: "Canlılığın yapması gereken şey, tam olarak budur. Entropiyi arttırmak." demiştir. Bir örnek vermek gerekirse, bitkiler güneşten enerji alıp fotosentez yapar ve bunun sonucunda ortama kızılötesi ışın yayar. Kızılötesi ışının enerjisi, Güneş ışınlarından daha düşüktür ve kalan enerjiyi, kendi atomik yapısını korumak için kullanır. Böylelikle Güneş'in entropisini de arttırmış olur.

England'ın tespitine göre, evrimsel sonuçların daha olası olduğu durumlar, sistemin dışındaki bir kaynaktan daha fazla enerji soğurup, daha fazla yayan durumlardır. Yani parçacıklar, dış kaynak kuvvetleri ile rezonans halinde olduklarında, daha çok enerji yayıyor ve rastgele bir yöne gitmek yerine, kuvvetlerin etkisi altında belli bir yöne doğru hareket ediyorlar. Bu da atmosfer ve okyanus gibi ısı rezervatuarları tarafından çevrelenmiş atom kümesinin, zaman içerisinde çevresindeki mekanik, elektromagnetik ve kimyasal kuvvetlerle rezonans haline gelmesinin kaçınılmaz olduğunu gösteriyor.

Evrimin en karakteristik özelliği olan reprodüksiyon (çoğalma) tam da böyle bir mekanizma. England'a göre enerjiyi yaymanın en iyi yollarından birisi de, kendinden bir çok kopya yapmak. England, bulduğu formüller ile, RNA moleküllerinin ve bakterilerin çoğalması durumunda yayılan enerjiyi de teorik olarak hesaplamış. Bulduğu sonuçlar ise, gerçek hayattaki durumla oldukça tutarlı.

Bu teori ve formüller, cansız şeyler için de geçerli tabii ki. Gözümüzün önündeki örneklere çok dikkat etmemiş olsak da, bilim insanları cansız sistemlerin de çoğalma eğilimde olduğunu gözlemledi. Örneğin, Philip Marcus'un (Berkeley Ünv.) yönettiği Physical Review Letters'da yayınlanan bir makalede, sıvı türbülansındaki girdaplar, çevrelerindeki sıvıdan enerji emerek çoklu girdaplar oluşturma eğilimde oldukları açıklandı.

Yazılın ilk paragrafındaki cansız karbon kümeleri ile canlı karbon atomları arasındaki temel fark burada ortaya çıkıyor. Bir şekilde bitkiler, cansız karbon atomlarına göre, Güneş'in enerjisini emmekte daha başarılı. Bu eğilimler bize bir çok canlı ve cansız yapı hakkında bilgi sunabilir.

England'ın bu teorisi, bir çok sınamadan geçecek gibi duruyor. Şu sıralar bilgisayar simülasyonları ile teorisini test eden England, bir sonraki basamağı canlılar üzerinde test yapmak olarak görüyor. Eğer bu teori doğru çıkarsa, neden bazı organizmaların X karakteristiği gösterip, bazılarının Y gösterdiğini, fiziksel koşulların X karakteri gösteren canlının daha kolay evrilmesini sağlaması ile açıklayabiliriz. England'ın fikri doğru çıksa da çıkmasa da, böyle bir fikir, bilim insanların belli şeylere takılı kalmayıp, olayları çok geniş bir persektiflerden değerlendirmelerinin daha iyi olacağının anlaşılmasına katkı sağlayabilir.

(Bilim ve Gelecek dergisinin 124. sayısı s.4'den alıntıdır.)
(Not: Yazı çok daha uzundu. Aradan önemli ve açıklamalı yerleri seçip, yazıyı kısalttım.)

Olasılık olmayan bir yaşam düşüncesini duyunca hep üzülürüm. Matrix'deki efsane 'Kendi hayatımı kendim yönetememe fikrini sevmem.' repliği gelir aklıma.
Her ne kadar deli saçması gibi gözükecek olsa da arkadaşımın yaptığı su deneyini siz de evinizde yapabilirsiniz. Alakasız gibi görünebilir ancak bakış açınızı değiştirecektir. İki aynı bardağa aynı ortamda aynı miktarda su koyun. Birine her gün küfredin bağırın çağırın. Ama diğeri bunu duymasın. Diğer suya ise sevecen yaklaşın ona sevgi sözcükleri söyleyin. Bunu 1 ay boyunca tekrarlayın. Sonra göreceksiniz ki küfredilen su daha çabuk yosun bağlamış.
Aslında bu çok bilindik bir deneydir. İnsanlar pozitif enerjiden veya negatif enerjiden etkilenirler çünkü insanların yüzde yetmişi sudur derler bu deneyi göstererek.
Bu yazınız da kötü veya iyi enerji ile bağdaştırılabilir. Termodinamik kanunları da enerji ile bağlantılıdır sonuçta. İlginç bir yazıymış.

Hastai ben "kötü enerji - iyi enerji" gibi şeylere inanmıyorum. Benim için sadece negatif ve pozitif enerji var, onlar da bildiğin matematiksel olarak "kazanılan ve kaybedilen fiziksel enerji" tanımını içeriyor. Tabi siz neye inanmak isterseniz, inanın. Özgürsünüz. Suya küfür konusuna gelince, o deney bir çok kere tekrarlandı ve o iş yalanlandı bilim adamlarınca. Hakkında bir çok da makale yazıldı ancak şuan referanslarını hatırlamıyorum. Eğer bir gün olur da denk gelirsem, burada paylaşırım. Söz! Ayrıca "fiziksel etki" dışında herhangi bir "soyut" etkinin varlığına da inanan birisi değilim. Suya küfür etmek, ya da güzel bir şeyler söylemek, yayılan ses dalgaları yüzünden suyun atomlarının titreşimini anlık değiştirmekten başka bir şey yapmaz. Yaptığı da gözlenmedi.

İnternette dolaşan ve mistik bilimcilerin(!) yaptığı belgesellerde gezinen resimler/fotoğraflar ve sözler mi? Boş ver onları. Güvenilir kaynakların makaleleri her zaman daha iyidir.

"Ben elimle tuttuğum, hakkında araştırma yapabildiğim, kesin olgulara ulaşabildiğim türden bilgileri severim, inanırım. Ben bilimsele inanırım." diyorsunuz. Su deneyi bir zamanlar çok ilgimi çekmişti. Ancak bu tarz enerjilere inanan biri olsa idim muhtemelen mutlu bir budist olabilirdim.
Allah inancı olmayanlara ateist derler ya. Buna her zaman karşı çıkmışımdır. Olay bu kadar kısıtlı değil, adamlar soyut olan her şeyi reddediyor derdim. İşte örnek burada, siz oluyorsunuz o. Tabi anladığım kadarı ile.

"Ancak bu tarz enerjilere inanan biri olsa idim muhtemelen mutlu bir budist olabilirdim." Güzel bir yaklaşım yapmışsınız. Soyut olan şeyleri reddetmek konusunda haklısınız. Yine konu bir şekilde dine bağlandı ya, bu da kaçınılmaz bir "fizik yasası" sanırım. Evet o örnek ateist benim.

Din demeyelim de inanç ağacı diyelim ona. Her ne kadar insanlar hoşgörü ile yaklaşmasa da inanç ağacımız.
Ek olarak bu tarz ilginç makaleler güzel oluyor. Devamı gelir umarım.

Umarım gelir. Burası Technopat da olsa, bilimsiz teknoloji olmaz diyerek, bu bölümü biraz canlandırmak fena olmaz. Güzel makaleler yakaladıkça, alıntıları ile birlikte paylaşırım.