17. yüzyıl gökbilimcisi Johannes Kepler, kar taneleri yapısı hakkında düşünceye dalan ilk kişilerden biriydi. Neden bu kadar simetrikler? Bir taraf, karşı tarafın ne kadar süreyle büyüdüğünü nereden biliyor?
Kepler, artık “morfogenik alan” olarak adlandırdığımız ifadenin – şeylerin sahip oldukları aynı forma sahip olmak istiyor – düşüncesi hakimdi. Bilim o zamandan beri bu fikri düşündü.
Ancak kar taneleri ve benzer yapıların neden bu kadar simetrik olduğu sorusu yine de tam olarak anlaşılmamıştır.
Modern bilim, sorunun ne kadar temel olduğunu gösteriyor: tüm sarmal gökadalara bakın. Yarım milyon ışıkyılı boyutlarına rağmen; yine de simetrilerini koruyorlar. Nasıl?
Bilimsel Raporlarda yayınlanan yeni çalışmamızda, bir açıklama getiriyoruz.
Bilgi ve “entropi” nin – bir sistem karmaşasının ölçüsü -; elektrik ve manyetik alanlara (“elektromanyetizma”) tamamen benzer bir şekilde, birbirine bağlı olduğunu (“info-entropi”) gösterdik. Elektrik akımları manyetik alanlar üretir, manyetik alanların değiştirilmesi elektrik akımları üretir. Bilgi ve entropi de, birbirlerini aynı şekilde etkiler.
Entropi, fizikte temel bir kavramdır. Örneğin, entropi asla azalmayacağından (düzensizlik her zaman artarsa) bir yumurtayı karıştırılmış yumurtalara dönüştürebilirsiniz, ancak bunun tersi olmaz. Bilgileri etrafta dolaştırırsanız, entropiyi de arttırmalısınız .
Entropi ve bilginin bir alan olarak ele alınabileceğini; bunlarında geometri ile ilgili olduğunu gösterdik. Birbirlerine sarılı olan DNA çift sarmalının iki telini düşünün. Işık dalgaları da aynı yapıya sahiptir; burada iki tel elektrik ve manyetik alanlardır. Matematiksel olarak bilgi ve entropi arasındaki ilişkinin aynı geometri kullanılarak, görselleştirilebildiğini gösterdik.
Teorimiz;
Gerçek dünyadaki şeyleri önceden tahmin edip edemeyeceğini görmek ve bir DNA formunu diğerine dönüştürmek için ne kadar enerjiye ihtiyacımız olduğunu, denemeye karar vermek. Sonuçta DNA; bir spiral , bilgi şeklindedir. 16 yıl önce birkaç olağanüstü hassas ölçümler yapıldı. Araştırmacılar bir DNA molekülünü, düz bir şekilde çekti (DNA kıvrılmayı seviyor) ve uçlarını optik cımbızla tutarken 4.800 tur çevirdi.
DNA, yukarıdaki resimde olduğu gibi bir formdan diğerine çevrildi. Araştırmacılar daha sonra, iki form arasındaki enerji farkını hesaplayabildiler. Bu DNA molekülünün iki versiyonunun; her birinin entropisini biliyorduk (enerji; sadece entropi ve sıcaklığın ürünü). Bizim sonuç; teoriye belirginlik oluşturdu.
Minikten muazzama
Spiral galaksiler; DNA’ nın bir çift sarmal olduğu gibi çift sarmaldırlar. Matematiksel olarak konuşursak, benzer geometrileri vardır. Teorimiz; doğrudan sarmal gökadaların iki kolunun neden simetrik olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni, bilgi-entropi alanlarının; kuvvetlere yol açmasıdır (diğer alanlar gibi).
Galaksideki yıldızlar, entropiyi en üst düzeye çıkarmak için-entropik bir güç tarafından bir çift sarmal şeklinde sıra oluşturarak- kolayca koreografiye tabi tutulurlar. Bunun üzerine, biz de gerçek rakamlar elde etmek istedik. Bu sebeple galaksimizin kütlesini; teorimizden yola çıkarak, hesaplamaya karar verdik. Samanyolunun, samanyolunun içindeki yıldızların galaktik kenara yaklaşma hızından ne kadar ağır göründüğünü biliyoruz; bu yaklaşık 1.3 trilyon Güneş kütlesidir.
Garip bir şekilde bu, samanyolu galaksisindeki görünür yıldızların kütlesinden çok daha fazlası. Bu tutarsızlığı açıklayabilmek ve yıldızların neden beklenenden çok daha hızlı hareket ettiğini açıklayabilmek için, gökbilimciler galakside gizlenen, yıldızlardaki çekim kuvvetini artıran “karanlık madde” fikrini ortaya çıkardılar.
Hesaplarımız için galaksinin entropisini bilmemiz gerekiyordu. Neyse ki, matematiksel fizikçi Roger Penrose, galaksinin entropisinin; merkezi büyük masif kara deliğinin entropisine egemen olduğunu gösterdi. Bu kara deliğin kütlesini biliyoruz (4,3 milyon Güneş kütlesi). Şaşırtıcı bir şekilde, bir kara deliğin kütlesini bildiğiniz zaman, fizikçi Stephan Hawking tarafından keşfedilen ve entropisini hesaplayan bir denklem, var.
Hawking, yüzeyindeki “sıcaklığı” veya “olay ufkunu” da nasıl hesaplayacağını keşfetti. Kara delik olay ufkuna “sıcaklık” atayabilirseniz – bunun içinde, sıcaklık oluşturacak hiçbir şey yoktur – neden bir galaksiye sıcaklık da vermiyorsunuz? Makalemizde bunun makul olduğunu iddia ediyoruz (“holografik ilke” olarak bilinen şeyi kullanarak). Böylece bilgi-entropi denklemlerimizi; galaksinin holografik sıcaklığını hesaplamak için kullandık.
Galaktik enerjinin;
entropi ve sıcaklığın bir ürünü olduğunu biliyoruz. Ve bu enerjiyi bildiğimizde Einstein’ ın ünlü denklemi sayesinde kütleyi bulabiliriz: E = mc2. Bu sefer sonuç tam olarak belli değildi, ama oldukça basitleştirilmiş galaksi modelimiz göz önüne alındığında, oldukça sonuçlara yakındı.
Bir galaksinin info-entropik geometrisi; sadece entropik kuvvetlerin güzel simetrik şekli nasıl yarattığını ve koruduğunu açıklamakla kalmaz, aynı zamanda içinde belirgin görünen tüm kütleleri de açıklar.
Bu aslında sonuçta; karanlık maddeye ihtiyacımız olmadığı anlamına geliyor. Modelimize göre, galaktik entropi, galaksinin gözlenen dinamiklerini değiştirecek kadar büyük miktarda ek enerjiye yol açar; bu da kenardaki yıldızların beklenenden daha hızlı hareket etmesini sağlar. Bu tam olarak, karanlık maddenin anlatması gereken şeydi.
Enerji doğrudan kütle olarak gözlenemez, ancak varlığı kesinlikle astronomik gözlemler tarafından destekleniyor, karanlık madde aramalarının neden şimdiye kadar hiçbir şey bulamadığını açıklıyor. Yine de, karanlık madde fikrini destekleyen çok fazla araştırma var.
Teorimiz;
gözlemlerin alternatif bir açıklamasını önerir ve yeni bir fizik çalışması gerektirmez. Tabii ki, gözlemlerin gerçek karmaşıklığının, başarılı bir şekilde modellenebildiğini doğrulamak için; daha ayrıntılı bir çalışmaya ihtiyaç vardır.
Kepler’ in aradığı “morfogenik alan” ın gerçekten var olduğunu aslında; bilgi ile entropinin iç içe geçmesinin etkisinin olduğunu, düşünüyoruz. Dört uzun yüzyıldan sonra, görünüşe göre Kepler, sonunda haklı çıkmıştır.
Bunlar da ilginizi çekebilir:
Fizikçiler Yarı-Işık Yarı-Parçacık Hibrit Madde Yapmanın Yeni Bir Yolunu Buldu
Gökbilimciler Tarafından Samanyolu Galaksisinin Gökada İkizi Bulundu
Kara delik nedir? Detaylı ve sade anlatımıyla kara delik hakkında bilgiler
Stephen Hawking kimdir?
Editör / Yazar: Neslihan ÇAKMAK
Kaynak: https://www.sciencealert.com/why-are-spiral-galaxies-so-symmetrical-we-re-finally-closer-to-an-answer
