Evrende entropi sürekli olarak arttığından, düzenin arttığı her durumda çevrede entropi daha da artmak zorundadır. Kendiliğinden örgütlenerek bir düzene sahip olan sistemler maksimum entropi üretimi yasasını tatmin etmek üzere etrafa daha fazla entropi yayacaklardır.
Çevreleri ile birlikte bunlara otokatakinetik sistemler de denir.
Otokatakinetik (autocatakinetic) sistem, hem kendiliğinden ortaya çıkan, hem de kendini idame ettiren bir antitedir. Bu sistem ögelerinin sürekli hareketleri sırasında dağılan alan potansiyellerinden ortaya çıkan bir dizi çizgisel olmayan (nonlinear) ilişkilerden oluşmuştur.
Otokanakinetik sistemler kendi iç özgürlük sınırlarını kendileri seçerler ve böylece kendi dağılan yüzeylerini maksimuma çıkarırlar. Burada değindiğimiz potansiyelden ve çizgisel olmamadan neleri kastettiğimizi kısaca açıklamakta yarar görüyorum.
İlişkilerin çizgisel olmaması demek, sistemin ögelerinin birbirlerini izleyen ahenkli ve birbirlerini tamamlayan bir düzene sahip olmaması demektir. Sistemde geri tepmeli ve antagonistik döngüler olmalıdır. Onlardan yoksun sistem dış ajitasyonlara daha duyarlıdır. Otokatakinetik sistem kendi iç özgürlügünü başka türlü seçemez.
Potansiyelden kasıt da basınç ve sıcaklık gibi farklardır. Sistem o farkların mümkün olduğu kadar hızla dağılıp azalmasını sağlayarak varlığını korur ve idame ettirir.
Otokatakinetik sistemlerin, kendilerini dengeden uzak tutacak entropiyi yeterince üretmesi ve kendilerini geliştirmeyi ve idame ettirmeyi kompanze etmesi durumunda, var olmalarına izin verilir. Evrendeki sistem ve düzen budur.
Başka bir deyişle, ortaya bir düzenin çıkabilmesi için sistemin ve çevresinin birlikte yeterince entropi üretmesi ve yeterli kaynağı bularak onları etrafa yayması gerekmektedir. Bunun için de potansiyelleri etrafa yaymada düzenli akımın düzensiz akımdan daha etkili olması gerekmektedir. Ve nitekim bu gerçekleşmektedir.
İkinci termodinamik yasasının klasik yorumuna göre entropi maksimum olmak zorundadır.
Bu aynı zamanda sistemle çevresi arasındaki potansiyelin (örnegin, sıcaklık farkının) en düşük olması anlamına gelir. Bu farkın mümkün olduğu kadar hızlı ve etkili olarak düşürülmesi gerekmektedir. Ancak bu kanun mevcut patikalardan hangilerinin izleneceği ile ilgilenmez. Bu sorunun cevabını şöyle verebiliriz:
Sistem, mevcut kısıtlamalar da dikkate alınarak, kendisinin ulaşabileceği maksimum entropiyi en çabuk ve en etkili bir şekilde yayacak olan patika veya patikaları seçecektir. Bu maksimum entropi üretimi kanunudur.
Şurasına tekrar dikkatleri çekmek isterim ki maksimum entropi üretimi kanunu ikinci termodinamik kanuna ek bir konundur. Onun yerini almaz. İkinci termodinamik kanun entropinin maksimum olacağını söyler. Maksimum entropi üretimi kanunu ise maksimum entropinin, kısıtlamalar muvacehesinde, mümkün olan en büyük hızla ve etkili bir şekilde başarılacağını kurgular.
Evren entropinin mümkün olduğu kadar çabuk ve etkili bir şekilde etrafa yayılmasını zorunlu kılan bir yasaya sahip olduğu için, kendiliğinden örgütlenme mümkündür ve bu nedenden kendiliğinden örgütlenen sistemlerle dünyada ve evrende sıklıkla karşılaşılmaktadır. Kasırgalar, hortumlar, tsunamiler ve ayrıca bütün evrende gözlemlenen canlılık ve her türlü düzen, yıldız sistemleri ve galaksiler kendiliğinden örgütlenme örnekleridir.
Doğada entropinin giderek artmasına rağmen bir düzen ve organizasyonun ortaya çıkmasından sorumlu çeşitli spesifik mekanizmalar vardır. Bir kaçına kısaca değinmek istiyorum.
Suyun kar tanelerine donmasını ele alalım. Bu faz değişimi olarak da bilinir. Havadaki su zerreleri donarak kara dönüşürler. Başlangıç döneminde suyun sıcak sıvı fazında düzensizlik fazladır. Donan su molekülleri bir düzen kazanır ve son derece düzenli kar zerreleri mikroskop altında hoş bir manzara bile oluştururlar.
Suyun düzenli bir yapı arzetmesi ve bunu termodinamik yasaları ihlal etmeden idame ettirebilmesi için iki koşula uyması gerekmektedir. Koşulların ilkinde sıcaklığın düşük olması gerekmektedir.
Diğer gereksinim ise bu iki fazın birbirlerinden soyutlanmalarıdır. Atmosferde kristalleşen kar taneleri yere düşerek, daha sıcak sıvı fazı geride bırakırlar. Sistemin total entropisi artmak zorunda olduğundan geride kalan su fazında düzensizlik artar.
Evrende de geçmişte çok sayıda faz değişimleri olmuştur.
Evren 300 bin yıl yaşında iken, yeterince soğumuş ve elektronlar atom çekirdeği ile birleşerek, hidrojen ve helyum gibi nötral atomlar sentez edilmişlerdir. Bu çok önemli bir faz değişimidir. Bu değişim sırasında evren simetrilerinden bazılarını kaybederek, yeni bir takım yapıların sentez edilmesine olanak sağlamıştır. Bu değişim sırasında kar tanelerinde olduğu gibi, yine çekim kuvveti devreye girmiş ve fazları birbirlerinden ayırmıştır. Yoğunluğu daha fazla olan yerler, ilerde galaksileri oluşturmak üzere, birbirlerinden öbek öbek ayrılmaya başlamışlardır. Galaksiler arasında kalan yörelerde entropi, galaksilerdeki düzeni kompanze etmek üzere, artmıştır.
İlk galaksilerin sentezinden sonra evren bir faz değişiminden daha geçmiştir. Hidrojen atomları birleşerek moleküler hidrojeni oluşturmuşlardır. Bu daha soğuk ve yoğun gazlardan oluşan daha düzenli bir faz değişimidir. Yoğun moleküler hidrojenden oluşan bu faz, içinden çıktığı gaz bulutlarından ayrılmıştır. Moleküler hidrojen bir düzen kazanırken, hidrojen atomlarının bulunduğu gaz fazında entropi artmıştır.
Gaz bulutlarından yıldızların oluşması da aynı faz değişimi ile açıklanabilir. Organize olarak füzyon yakıtını başlatan yıldızlardaki düzene etrafdaki gaz bulutlarında artan entropi eşlik etmiştir. Planetlerin oluşumu sırasında da bu paradigma tekrarlanmıştır.
Görüldüğü üzere entropi evrendeki organizasyon ve düzenden sorumludur.
Otokatakinetik (kendiliklerinden ortaya çıkan ve varlıklarını devam ettiren) sistemler çevrelerindeki potansiyelleri ve kaynakları dengeden uzaklaştırıp kendilerine çekerek, kendilerini geliştirmede ve idamede kullanırlar. Bu arada alanın uzay-zaman boyutları da genişler. Buna örnek olarak genişlikleri binlerce km'ye ulaşan kasırgaları gösterebiliriz. Burada alan dediğimiz sistemin kendisi ve çevresidir. Bu şekilde ortaya çıkan otokatakinetik sistem entropiyi etrafa daha etkili ve çabuk bir şekilde yayar. Bu özellik otokatakinetik sistemlerin yeğlenme nedenidir.
Canlılık da bir faz değişimi olup, temelde otokatakinetik bir sistemdir. Bazı fizik yasalarına uyarak kendiliklerinden ortaya çıkan canlılar, çevrelerindeki potansiyelleri ve kaynakları kendi yapılarına katıp, kendi canlılıkla ilgili etkinliklerinde kullanırlar.
İlk canlılar güneş ışınlarındaki ısı enerjisi ile kendi sıcaklıkları arasındaki potansiyel farkından yararlanan fotosentetik bakterilerdir. Termodinamik yasalara göre ısı enerjisi sıcaktan soğuğa doğru akar. Bitkilerin sıcaklığı 300 Kelvindir. Güneşden dünyaya ulaşan ısı ise 6000 Kelvindir. Bitkiler bu potansiyel farkından yararlanıp karbonhidratlar, yağlar ve proteinler sentez ederek varlıklarını sürdürürler. Hayvanlar da ya bitkileri, ya da birbirlerini yiyerek yaşarlar. Fotosentezin termodinamik olarak mümkün olmasının nedeni, bitkinin ve aldığı radyasyonun termodinamik olarak dengede olmamasıdır. Radyasyonun kaynağı bitki ile aynı ısıda olsaydı, fotosentez mümkün olamazdı.
Faz değişimi ile kendiliğinden ortaya çıkan canlılar çıktıkları fazla ilgili ilişkilerini sürdürürlerken çevrelerindeki potansiyelleri ve kaynakları dengeden uzaklaştırıp kendilerine çekerler ve onları kendilerini geliştirmede ve sürdürmede kullanırlar. Otokatakinetik bir sistem oluşturan canlılar yok olmamak için çoğalmanin yanı sıra kendilerini geliştirmek ve idame ettirmekle de yükümlüdürler. Bu da canlıların zamanla karmaşıklık kazanmaları demektir.
Yukarda değindiğimiz gibi kendiliğinden örgütlenen otokatakinetik sistemlerin bazı özellikleri vardır:
Her şeyden önce bu sistemler termodinamik olarak açık olmalıdırlar. Bu da sistemden enerjinin sürekli olarak geçmesi demektir. Bu sayede sistem çevresi ile enerji alış verişi yapar.
Sistem ayrıca termodinamik olarak dengede olmamalıdır. Dengede olmayan sistem sürekli bir değişiklik içindedir.
Sistemin ögeleri arasında sürekli yerel tepkileşmelerin olması bir diğer gereksinimdir.
Çok sayıda parçadan oluşmuş olmaları da kendilerini idame ettiren ve geliştiren otokatakinetik sistemler için gereklidir.
Bu ilkeleri canlılara uygularsak, evrim olarak bilinen ilginç bir süreçle karşılaşırız. Evrim, otokatakinetik bir sistemden oluşan canlıların sürekli bir değişime maruz kalmaları paradigmasıdır.
Bu sistem kendini geliştirmek ve idame ettirmek için termodinamik olarak dengede olmamak, çevresi ile nisbeten serbest enerji alıp verişi yapmak ve birbirleri ile sürekli olarak tepkileşen çok sayıda parçadan oluşmuş olmak zorundadır.
Canlılar bu niteliklerin tümüne harfiyen sahiptirler.