|
|
|
(10-Mayıs-2007)Shabidyn
YAŞAM - ÖLÜM - ENTROPİ
“Entropi” Yunanca bir kelimedir. Yunanca “en” İngilizcedeki “in” gibi etki yaparak önüne geldiği kelimeye “de, da” vurgusu katar. “tropi” = “yol” demektir , ( “Camel Trophy” den hatırlayabiliriz) “En” + “tropi” = “Yolda” demektir. Yaşam, doğumla ölüm arasında bir yoldur yani yolda gideriz, entropik durumlar yaşayarak gideriz.
Termodinamiğin dört temel yasası vardır. Bunlara teknik olarak burada girmeye gerek yok, kısaca hatırlarsak: “Sıfırıncı yasa” : çok basit ve temel bir yasa olduğu için birinci yasanın önüne geçmiş ve sıfırıncı yasa adını almıştır. Farklı sıcaklıklardaki iki cisim temas ederse sıcak olan cisim soğur, soğuk olan cisim ısınır. Ne var bunda, kışın sıcak sobanın yanına gelince elimizi sobaya tutunca elimiz ısınır bunu herkes bilir diyebilirsiniz. İşte adamlar üşenmemiş bunu bile bir yasaya bağlamışlar hem de sonradan farkına vardıkları için numara bile verememişler. Tabii adamlarda teknoloji eskiden beri ileri kaloriferli, kombili evlerde her yer eşit sıcaklıkta, ne bilsin kışı kıyameti, sobayı! Bu yasanın asıl önemi cisimler arasındaki ısı akışının sıcak cisimden soğuk cisime doğru olmasıdır. Öyle olmasa elimizi ısınsın diye sobaya tuttuğumuzda soba daha çok ısınmaya başlar elimizde donma mertebesine yaklaşırdı, o zaman çok korkardık ve tırsardık.
“Birinci yasa” : Bir sistemin iç enerjisindeki artış: sisteme verilen ısı ile, sistemin çevresine uyguladığı iş arasındaki farktır. U2 – U1 = Q – W Bu yasa "enerjinin korunumu" olarak da bilinir. Enerji yoktan var edilemez ve yok edilemez sadece bir şekilden diğerine dönüşür. “Üçüncü yasa” : Maddeyi mutlak sıfıra yani eksi 273 dereceye kadar soğutmanın imkansız olduğunu belirtir. “İkinci yasa” : işte o Entropi’dir !
Entropi genel olarak düzensizliğin devamlı artma eğiliminde olduğunu belirtir. Düzensizliğin devamlı artması bir sistemin ölmesinin, dağılmasının temel nedenidir. En basiti içinde bulunduğumuz evi ele alalım. Ev ile ilgilenmeyi biraz bırakınca ortalığın ne kadar çabuk dağılmaya başladığını fark etmişsinizdir. Kullandığınız eşyaları tekrar aynı yerine koymazsanız onları tekrar bulma olasılığınız gittikçe azalır. Buradan anlaşılan temel nokta evi belli bir düzen seviyesinde tutabilmek için devamlı enerji harcamak zorundayız yani sisteme (eve) enerji verirsen ev sana ihanet etmez istediğin konforu sağlar aksi halde kontrolden çıkar ve çöp ev olup belediye basana kadar orada yaşayabilirsin.
Bir çobanın koyunlarını patikadan geçirdiğini düşünelim. Koyunları kendi halinde bırakırsa hepsi başka yönlere kaçacaktır ama bir enerji harcayıp elindeki sopayla onlara yön verirse etraflarında koşarsa o zaman koyunlar patikadan dağılmadan geçebilirler. Hiçbir şey kendiliğinden düzenli olarak kalmıyor, yani ayrı duran maddeler bir arada olandan daha düzenli oluyorlar. Örnekteki koyunlar başlarında çoban olmasa ovaya yayılacaklar ve belli bir zaman sonra oldukları yerlerde durup otlamaya devam edeceklerdir yani bir arada olmalarına göre daha rahat ve düzenli duruma geçmiş olacaklardır kendi açılarından. Fizikçi bir çobansanız sürü sahibine “Napayım, koyunlar Termodinamiğin ikinci yasası olan Entropi’ye göre ovaya yayılmışlar!” derseniz sizi anlayışla karşılayacaktır !?
Kırık bir bardağın durup dururken veya kırarken harcanan enerjiden daha azı kullanılarak eski haline döndürülemeyeceği örneği verilir klasik olarak. Yine aynı şekilde devrilen bir kitabı düzeltmek için devirirken harcanan enerjiden fazlasını kullanmak gerekir, potansiyel enerjinin bir kısmı ısıya dönüşmüştür ve geri getirilemez.
Sistemin düzensizliği arttıkça artan herhangi bir fonksiyon rahatça entropi fonsiyonu olabilir. Örneğin bir bardak suyumuz olduğunu ve bunun içine bir damla mürekkep damlatıp gözlediğimizi düşünelim ve içeride neler olduğunu hayal etmeye çalışalım. Mürekkep molekülleri başlangıçta kısa bir süre bir arada bekleştikten sonra su içine dağılmaya başlayacaklardır. Çünkü kendilerine çarpan su molekülleri tarafından değişik yönlere itileceklerdir (su ve mürekkep maddelerinin kimyasal bağlarının birbirlerini itmeye elverişli olmalarından dolayı). Şimdi de olağanüstü bir bilgisayarın, sistemin bütün mümkün durumlarını sayabildiğini düşünelim. Sistemin bir durumu denildiğinde anlamamız gereken şey bir molekülün belirli bir koordinata ve belirli bir hıza; bir başka molekülün bir başka belirli koordinata ve hıza sahip olduğu konfigürasyondur. Bardaktaki mürekkep örneğinde bu tür durumların sayısının çok fazla olduğu açıktır. Zira bunların çok büyük bir kısmı mürekkebin moleküllerinin bardak içinde oraya buraya rasgele dağıldığı, düzensiz, yani yüksek entropili durumlara karşılık gelirler. Bizim algıladığımız düzeyde bunların hepsi homojen durumlardır. Çünkü karışıma baktığımızda o molekülün burada, bir başkasının şurada olmasına aldırmadan, mürekkebin homojen olarak dağıldığını söyleyebiliriz. Yani olağanüstü sayıda farklı mikroskopik durum tek bir makroskobik duruma, yani homojen duruma karşılık gelir.
Aslında sistemler bozulmamakta, enerji değişimi bazında en kararlı hali almaya çalışmaktadırlar. Hayatın anlamı da budur, yaşam entropi yollarından biridir, şekerin çaya çok daha çabuk karışmasını sağlayan kaşık işlevindedir. Matematiksel olarak da Entropi doğal birşeydir. Doğada her zaman olasılığı yüksek olan şey gerçekleşir. Örneğin, bir kız çocuğunuz olduğunu düşünelim. İkinci bir çocuk daha istiyorsunuz ama (fazla beli etmeseniz de) aslında onun erkek olmasını istiyorsunuz diyelim. Bunun olasılığının normalden daha yüksek olduğunu söylersem ne dersiniz? İlk anda şaşırmaz mısınız? Hesabı basit : 2 çocuklu ailelerdeki çocuk çiftleri Kız – Kız, Kız – Erkek, Erkek – Kız, Erkek – Erkek olabilir başka bir çift yok. Buradan Kız – Erkek şeklinde bir çocuk çiftine sahip olma olasılığımız Kız – Kız ya da Erkek – Erkek çocuk çiftine sahip olma olasılığımızın tam iki katıdır, yani faklı cinsiyetli çocuk çiftine sahip olma olasılığımız oldukça yüksek. Ve doğada olan da tamamiyle budur. Dünyada kadın ve erkek sayısı (ömür ortalaması yüzünden biraz fark ediyor ama) aşağı yukarı aynıdır.
Buraya kadar Entropi’nin ne olduğu anlaşılmıştır diye düşünüyorum. Sizler de başka daha orjinal entropi örnekleri bulup bana mail atabilirsiniz. Genel olarak Entropi, yaşlanma, eskime, yıllanma gibi eylemlerin temel nedenidir. Yaşamak, entropinin artmasına karşı bir direnme, bir mücadele vermektir. Canlının canlılığını devam ettirebilmesi kendi bünyesindeki entropisinin artışını kontrol edebilmesine bağlıdır. Görülüyor ki “canlılık” termodinamik kanunlarına entropinin artması ilkesine aykırı bir durumdur. Ölüm ile birlikte entropi artmaya başlar. Artık beden soğuyacak , yani dış ortamla ısı bakımından bir denge haline gelecek, git gide kompozisyonunu değiştirerek çürüyecek ve dağılacaktır.
Yukarıda da belirtildiği üzere entropiyi kontrol edebilen tek faktor sisteme dışarıdan serbest enerji verilmesidir. Canlının kendisi kapalı bir otomatik kontrol sistemidir ve dışarıdan enerji alarak sistemin organizasyonu, düzeni korunabilir. Kısaca dışarıdan enerji alarak kendi entropisini kontrol altında tutan her sisteme canlı diyebiliriz. Canlı hücrelerinin en önemli özelliği, kimyevi potansiyel enerjiyi, kendi organize yapılarını korumak için gerekli diğer enerji türlerine çevirebilmeleridir. Her hücre entropisinin artmasına, dağılmaya engel olmak için enerji harcamak zorundadır. Çevredeki değişiklikleri, bunların kendi üzerine etki derecesini, yani onun düzenini, dengesini ne dereceye kadar bozabileceğini bilmesi, gerekli ayarlamayı bunlara göre yapabilmesi, bu ayarlamaların da ne dereceye kadar hedefe uygun olduğunu ölçebilmesi ve gene buna da gereken düzeltmeyi verebilmesi, canlılığını devam ettirebilmesi için şarttır. Bu geri beslemeli otomatik kontrol sisteminin tanımıdır. Yaptığın şeyin neye neden olduğunu bilirsen onu kontrol edecek düzeltmeyi de aynı sisteme verebilirsin demektir. Bunun için bir “Haber alma, Karar verme, İcra” sistemine ihtiyaç vardır. İnsanda “sinir sistemi” adı verilen canlı doku bu işlevi yerine getirir.
Yeni doğan bir bebek dış ortamda kendisine uygun olmayan, düşmanca, onun entropisini arttırmaya, onu dağıtmaya yönelik değişiklikleri, doğduğu gibi sinir sistemi sayesinde haber alır. Bunlarla mücadele edebilmesi için dışarıdan enerji alması gerektiğini de ona yine sinir sistemi bildirir. Ağlayarak bir taraftan akciğerlerine temiz havayı doldururken, diğer yandan besine ihtiyacı olduğunu çevresine anlatır. Ağzına verilen memeyi/emziği kimse ona öğretmediği halde emmeye başlar. Hayat mücadelesi başlamıştır artık. Bu mücadeledeki haber alma ve karar vermenin (sinir sisteminin) merkezinde beyin vardır. Sinir sisteminin kontrolü ondadır. Bedenimizdeki diğer dokular yağları ve proteinleri besin olarak kullanırken beyin saf glikoz ve taze oksijenle beslenir.
İnsan canlılık tanımına uygun olarak kendi entropisini koruyan karmaşık bir geri beslemeli otomatik kontrol sistemidir. Buna örnekler verecek olursak, dışarıdaki ısı ne olursa olsun insan vücut sıcaklığı 36.5 derecede kalmaya çalışır. Kan şekeri %90-110 miligram arasında olur. Kan basıncı 10 – 12 mm civa basıncı arasında değişir, göze gelen ışık şiddeti arttıkça göz bebeğinin daralması, azaldıkça genişlemesi gözün retina tabakasına düşen ışık miktarının sabitlenmesini kontrol eder. Bu şekilde otomatik kontrolle ayarlanan faktörler çoktur.
İlkel canlılarda sinir sistemi yoktur. Örneğin “Amip” tek hücreli bir canlıdır. Hücresini çevreleyen zar sayesinde dış dünyadan haberdar olur. Ortam onun yaşamasına uygun ise “yalancı bacak” denen bir takım uzantılarla ona doğru gider, uygun değilse aynı uzantıları kullanıp bu sefer ters yönde gidip kaçar. Yaşam felsefesi bu kadar basittir. Daha gelişmiş canlılarda örneğin solucanda basit bir sinir sistemi vardır. Solucanın her boğumuna bir çift sinir düğümü denk geliyor. Her boğum bağımsız çalışabilir yani. Solucanı ikiye keserseniz iki solucan olup yolarına devam ederler. Canlıların yetenekleri arttıkça sinir sistemi gelişkenlik gösterir. Bu sistemin baş parçasını beynin oluşturduğunu ve gittikçe büyüdüğünü, kontrol gücünün arttığını görürüz. Omurilik ve çevre sinirleriyle sinyalleri getirici/götürücü bağlantılar kurar. En gelişmiş sinir sistemi insandadır. Sadece beyinde 10milyar sinir hücresi vardır. “Yapay Sinir Ağları” dersinde de bize gösterilmişti ki bu hücreler arasında katmanlı bir network (ağ) yapısı şeklinde iletişim var. Bilgi hücrelerdeki bağlantı ağırlıklarında saklanıyor. Bağlantı ağırlığının ne olduğunu bilahere açıklamak lazım. Beyindeki ağın bir kısmı hasar görse bile hasarlı bölgenin etrafındaki sağlam kısım mevcut ipuçlarını kullanıp tüm ağın en az etkilenmesini sağlayacak şekilde yeni görevler alıyor. Şimdi kullandığımız İnternet ağı da benzer mantıkla çalışır. Haberleştiğimiz Host makina rotası üzerinde ağda bir arıza olursa başka bir rotadan yine aynı hosta ulaşabiliriz. İnternet ağını küçük bir beyin simülasyonu olarak düşünebiliriz. Ama normal bir beyindeki düğüm sayısı ve onun içindeki networkün dinamik yapısı internet ağına beş basar. Şu anda beyin simülasyon çalışmaları bilgisayarları kullanarak yapılmaya uğraşılıyor. Fakat henüz bir sinek ve arının beyni düzeyinde simülasyonlar var ancak. Bilgisayar teknolojisi geliştikçe insan beynine daha yakın simülasyonlar ortaya çıkacaktır. Önümüzdeki 50 yıl içinde Kuantum bilgisayarlar bilgiyi bit seviyesinde dahi paralel işleyecekler ve o zaman düşünen sistemler tasarlamak daha kolay olacaktır. Bunları yaparken boynuzun kulağı geçmemesine de dikkat etmek lazım. İpleri bu sistemlere kaptırırsak insanın var oluşu tehlikeye girer.
|
|
|
