Modern fizikte kozmik karmaşıklık bilmecesi çözüldü

Modern fizik ve kozmolojinin temel sorunlarından biri olan termodinamiğin ikinci yasası ile kozmik yapıların ortaya çıkışı arasındaki ilişkiye yönelik yeni bir teorik çalışma yayımlandı. Physical Review D dergisinde yer alan araştırma, evrenin toplam entropisi sürekli artarken galaksiler, yıldızlar, gezegenler ve yaşam gibi karmaşık sistemlerin termodinamik kurallar ihlal edilmeden nasıl oluşabildiğini açıklamayı amaçlıyor. Londra Queen Mary Üniversitesi Matematik Bilimleri Okulu’ndan Prof. Ginestra Bianconi tarafından yürütülen çalışma, kuantum kütle çekimine yönelik 'Entropiden Kaynaklanan Kütle Çekimi' yaklaşımını temel alıyor.

TERMODİNAMİK İLE KOZMİK DÜZEN ARASINDAKİ ÇELİŞKİ

Albert Einstein’ın doğa yasaları arasında ayrı bir yere sahip olduğunu belirttiği Termodinamiğin İkinci Yasası, izole bir sistemdeki toplam entropinin zaman içinde artması gerektiğini ifade ediyor. Entropi, düzensizlik ve enerjinin sistem içindeki dağılımının bir ölçüsü olarak tanımlanıyor. Mevcut kozmolojik modeller, evrenin başlangıçtaki düşük entropili durumdan bugünkü daha yüksek entropili yapıya geçtiğini kabul ediyor. Ancak bu süreçte maddenin yerel ölçekte nasıl yüksek düzeyde düzenlenerek galaksileri, yıldızları ve yaşamı oluşturduğu sorusu tam olarak açıklanamıyordu. GfE teorisi, kütle çekimini yalnızca temel bir kuvvet veya uzay-zaman eğriliği olarak ele almıyor. Model, kütle çekimini istatistiksel mekanik araçlarıyla kuantum düzeyindeki bilgi ve entropinin bir tezahürü olarak tanımlıyor.

BİRİM HACİMDEKİ ENTROPİ AZALIYOR

Prof. Bianconi’nin analizinde ortaya koyduğu matematiksel ayrım, evrenin genişlemesi ile yerel düzen arasındaki ilişkiyi açıklıyor. Evren genişledikçe toplam hacim büyüyor ve sistemin genel entropi kapasitesi artıyor. Buna karşılık fiziksel hacmin genişlemesiyle birim hacim başına düşen Kuantum Geometrik Bağıl Entropi miktarı kademeli olarak azalıyor. Entropinin genişleyen uzay boyunca daha büyük bir alana yayılması, termodinamiğin ikinci yasası ihlal edilmeden belirli bölgelerde galaksiler, yıldız sistemleri ve yaşam gibi karmaşık yapıların oluşmasına imkân tanıyor.

KARA DELİKLERDEN KARANLIK ENERJİYE

Kütle çekimi ile termodinamik arasındaki ilişki, 1970’lerde Jacob Bekenstein ve Stephen Hawking’in kara deliklerin entropiye sahip olduğunu ve termal radyasyon yaydığını ortaya koymasıyla yeni bir araştırma alanına dönüşmüştü. GfE modeli, bu ilişkiyi kuantum kütle çekimi ve kozmoloji çerçevesinde daha ileri bir noktaya taşıyor. GfE denklemleri, düşük enerjili ve uzay-zaman eğriliğinin zayıf olduğu koşullarda Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi ile örtüşüyor. Model, bu zayıf sınırın ötesine geçildiğinde ise zaman içinde değişen dinamik bir karanlık enerji terimi üretiyor. Friedmann-Robertson-Walker kozmolojik uzay-zaman modelleri üzerinde incelenen bu katkı, kozmolojik gözlemlerle sınanabilecek yeni tahminler ortaya koyuyor.

FİZİĞİN TEMEL ALANLARINI BİRLEŞTİRME HEDEFİ

Henüz teorik aşamada bulunan çerçeve, Genel Görelilik, Kuantum Mekaniği, Termodinamik ve Kozmoloji alanlarını ortak bir yapı altında ele almayı amaçlıyor. Prof. Ginestra Bianconi, “Bu çalışma, Entropiden Kaynaklanan Kütle Çekimi teorisinin, termodinamiğin ikinci ilkesini evrenimizdeki karmaşıklığın ortaya çıkışıyla uzlaştırma gibi zorlu bir sorunu nasıl ele alabileceğini ortaya koyuyor. Elde edilen sonuçlar; kozmolojik geri dönüşümsüzlük, yapılardaki karmaşıklık ve nihayetinde yaşamın varlığı gibi temel konuları temel kütle çekim dinamikleriyle birleştirmek adına yeni araştırma yolları açmaktadır” dedi.