Kara delikler entropiyi nasıl tüketir?

Entropi, fiziğin tüm alanlarının (bu durumda termodinamik) çekirdeğini oluşturan korkunç derecede derin kavramlardan biridir ve ne yazık ki o kadar matematikseldir ki, sade bir dille açıklanması zordur. Ama deneyeceğiz. Entropi kelimesini ne zaman görsem, onu “bir senaryoyu büyük ölçüde aynı bırakarak yeniden düzenleyebileceğim yolların sayısını sayarak” ifadesiyle değiştirmeyi seviyorum. Bunun biraz ağız dolusu olduğuna katılıyorum, dolayısıyla entropinin de buna ihtiyacı var.

Hafta sonu sabahı kalkıyorsunuz ve sonunda yatak odanızı temizlemek gibi devasa bir görevi üstlenmeye karar veriyorsunuz. Kıyafetlerinizi topluyor, temizliyor, katlıyor ve kaldırıyorsunuz. Çarşaflarını düzeltiyorsun. Yastıklarını kabartıyorsun. İç çamaşırı çekmeceni sen düzenliyorsun. Saatlerce süren çabanın ardından, eserinize hayranlıkla bakmak için geriye çekiliyorsunuz, ancak şimdiden midenizde birikmiş olan huzursuzluk hissini hissedebiliyorsunuz. Çok geçmeden, her şeyin yine dağınık olacağını biliyorsun.

Bunu içgüdüsel olarak biliyorsunuz çünkü her şeyin bir yeri ve her şeyin yerli yerinde olduğu, kusursuz biçimde düzenli bir odaya sahip olmanın tek bir yolu var. Bu kesin senaryoya sahip olmanın tek bir yolu var. Artık bu kelimeye aşina olduğunuz için onu kullanmakta özgürsünüz: Mükemmel derecede temiz bir odanın entropisinin çok düşük olduğunu söyleyebilirsiniz.

Biraz düzensizliği tanıtalım. Eşleştirilmemiş bir çorap alıp odanıza atarsınız. Artık durum karışık. Ve bu dağınıklığa ölçülebilir bir ölçü koyabilirsiniz. Yalnız çorabınız yerde olabilir. Yatakta olabilir. Yarısı çekmeceden dışarı çıkmış olabilir. Genel resmi aynı tutarken bu senaryoyu (odanızda dağınık bir çorabın görünmesi) yeniden düzenlemenin birkaç yolu vardır. Entropi daha yüksektir.

Ve sonra köpeğiniz, çocuklarınız ya da köpeğiniz ve çocuklarınız odaya dalıyor. Kaos ortaya çıkar. Hiçbir şey olması gerektiği yerde değil ve aynı düzeyde kargaşaya ulaşmanın neredeyse sınırlı sayıda yolu var. Entropi ve hayal kırıklığı gerçekten çok yüksek.

Fizikçiler entropiyi kullanmayı seviyor çünkü aynı zamanda bir sistemdeki bilgiyi kodlamanın kullanışlı bir yolu olarak da hizmet ediyor. Yani entropiyi ölçerek (fizikçilerin kullanmakta çok rahat oldukları bir miktar) bir sistemdeki bilgi miktarı hakkında da bilgi sahibi olabilirler.

Bu, kara delikler gibi evrendeki her sistem için geçerlidir.

1981’den başlayarak -çalışmaları Bekenstein radyasyonuna başvurmaktan çekinen fizikçi Jacob Bekenstein- kara delikler ve onların olay ufukları hakkında iki dikkate değer, sezgisel olmayan gerçeği keşfetti. Birincisi, kara deliklerin içerdiği hacim, evrendeki benzer büyüklükteki herhangi bir hacmin sahip olabileceği mutlak en büyük entropi miktarını temsil eder.

Başka bir deyişle kara delikler maksimum entropiye sahip kürelerdir. Odanız ne kadar dağınık olursa olsun, entropisini kasıtlı veya kasıtsız olarak ne kadar artırırsanız artırın, oda büyüklüğündeki bir kara deliğin entropisini asla ama asla yenemezsiniz. Bu gerçek hemen bazı rahatsız edici ama ilgi çekici soruları gündeme getirmelidir. Evrendeki tüm harika yaratımlar arasında doğa neden en fazla entropiyi içerecek şekilde kara delikleri seçti? Bu sadece bir tesadüf mü yoksa bize kuantum mekaniği, yerçekimi ve bilgi arasındaki bağlantı hakkında değerli bir şeyler mi öğretiyor?

Bekenstein’ın keşfettiği kara deliklerle ilgili ikinci gerçeği öğrendiğinizde, bu ikiz huzursuzluk ve heyecan duygusu daha da artmalı. Bir kara deliğe bilgi eklediğinizde büyür. Bu kendi başına şaşırtıcı değil, ancak kara delikler (ve yalnızca kara delikler) öyle bir şekilde büyüyor ki, hacimleri değil yüzey alanları kendilerine geçen yeni bilgi miktarıyla orantılı olarak büyüyor.

Evrendeki başka herhangi bir sistemi ele alırsanız (bir gezegeni tüketen bir yıldız, bir çizburger tüketirsiniz), birleşik sistemin entropisi ve bilgisi artar. Hacim de aynı şekilde (hem yıldız hem de sizin için). Ve bilgi miktarı arttıkça hacim de orantılı olarak artıyor. Ancak kara delikler, henüz anlayamadığımız bir nedenden ötürü, bu sağduyulu sezgisel tabloya meydan okuyor.