FAZ DEĞİŞİMLERİ
Doğada entropinin giderek artmasına rağmen bir düzen ve organizsayonun ortaya çıkmasından sorumlu çeşitli mekanizmalar vardır.
Suyun kar tanelerine donmasını ele alalım. Bu faz değişimi olarak da bilinir. Havada 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 oluşturur. 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 faz değişimleri olmuştur. Evren 300 bin yıl yaşında iken, yeterince soğumuş ve elektronlar atom çekirdeği ile birleşerek, hidrojen ve helyum gibi nötral atomlar sentez edilmişlerlerdir. 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, 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. Isı 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.
DOĞAL SEÇİLİMİ FAZ DEĞİŞİMİ OLARAK DÜŞÜNEBİLİRİZ. Mutasyonların rastgele olduklarını biliyoruz. Onlardan biri yeğleniyor ve canlılardan bazılarının genlerini yeni nesillere geçirmelerini kolaylaştırıyorsa, bir faz değişiminden bahsedebiliriz. Zamanla bu faz toplumdan ayrılınca geride düzensizliğin arttığı bir faz kalacaktır. Bu durum doğal seçilimin de bir faz değişimi olduğunu telkin etmektedir.
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 çoğalmanın 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:
Herşeyden 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 değişim içindedir.
Sistemin öğeleri 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.
Homeostaz canlıların varlıklarını sürdürmeleri için gerekli vazgeçilmez bir olgudur. Canlıyı oluşturan bütün organ ve dokular canlının homeostazını sağlamak ve idame ettirmekle yükümlüdürler. Santral bir otorite yoktur. Aslında otokatakinetik sistemlerde santral bir otoriteye gerek yoktur. Her organ ve dokunun homeostaza ölçülü ve sınırlı bir katkısı vardır. O katkı sayesinde sistem varlığını idame ettirmekte, hatta gelişebilmektedir. Çoğu kere bu katkı antagonistiktir.
Buna yukarda sistemin öğeleri arasında gerçekleşen yerel tepkileşmeler olarak değinmiştik. Örneğin, insülin kan şekeri düzeyini düşürürken, ona karşı bir etkiye sahip olan glokagon, kan şekeri düzeyini yükseltir.
Canlılardaki sistemler birbirlerinin antagonisti olarak işlev yapmak zorundadırlar. Aksi takdirde homeostazı sağlamak ve idame ettirmek mümkün değildir.
Homeostazda bir sistem bir değerin etkinliğini azaltırken, diğeri artırır. Bu etkiyi sinir sisteminde açık ve net olarak gözlemleyebiliriz. Sempatik ve parasempatik otonomik sistemler çoğu kere bibirlerine zıt etkilere sahiptirler. Örneğin biri irisi (göz bebeklerini) genişletirken, diğeri daraltır. Biri nabzı artırırken, diğer azaltır. Bu antagonistik davranışların çok sayıda örneği vardır.