Dissimetri (homokiralite) canlı madde moleküler yapısının en dikkat çekici özelliklerinden biridir. Doğadaki canlı organizmalardaki kiral moleküller, genellikle tek bir enantiomer olarak varlığını sürdürür – sağ (D-şekerler) veya sol (L-proteinler). Moleküllerin stereoseçiciliği, canlı maddenin replikasyon ve üreme süreçlerinde kritik bir parametre olup, yaşamın Dünya’da ortaya çıkması için görünüşe göre gerekli bir önkoşul olarak kabul edilmektedir.
Sovyet astrofizikçi Nikolai Kozyrev’in hipotezine göre, biyolojik moleküllerin stereoseçiciliğinin bir nedeni olarak zamanın akışı hizmet edebilir. Kozyrev’e göre, Dünya’daki zamanın şu andaki akışı, uzayda sağ ve sol arasında objektif bir farklılık oluşturur. Bu makale, Kozyrev’in fiziksel zaman teorisinin temel prensiplerini özetlemeyi amaçlamakta ve onun zamanın kinematik modelinin homokiralitenin gizemini çözme açısından uygulanabilirliğini kısaca tartışmaktadır.
1848 yılında Louis Pasteur, üzüm şarabındaki paratartarik veya rasemik asitte optik aktiviteyi keşfetti. İki enantiyomer kristalini birbirine zıt yönlere döndüren bu asidin D- ve L-enantiyomerlere ayrılmasını başardı. Pasteur’ün bu asidin çözümlemesi, stereo kimyada döneme damgasını vuran bir deneydi. Pasteur’ün keşfinden önce, tetraedrik karbon atomlarının düzeni veya Kekulé’nin teorisi hakkında bilgi bulunmamaktaydı. Tetraedrik karbon modeli ilk kez 1874 yılında H. van’t Hoff ve J. Le Bel tarafından eş zamanlı olarak önerildi. Bu model, E. Fischer tarafından 1891 yılında karbonhidratların göreceli stereo konfigürasyonunu incelediğinde kullanıldı; burada glikeraldehit molekülü standart olarak hizmet etti. Fischer’ın glikeraldehitin mutlak konfigürasyonu, M. Bijvoet’in anormal X-ışını saçılma deneylerinde neredeyse 60 yıl sonra doğrulandı.
Amino asidin iki ayna görüntüsü enantiyomeri, L-alanin ve D-alanin.
Proteinlerin yapı taşlarının, α-amino asitlerin, yapısı tek bir stereo kimyasal ilkeyi izler. Atomların tetrahedral konfigürasyonunun merkezinde, α-karbon bulunur ve bu karbon, bir amino grubuna, bir karboksilik asit grubuna, bir hidrojen atomuna ve belirgin bir R grubuna bağlıdır (Şekil 1). Sağ ve sol enantiyomer arasındaki fark, stereo kimyasal nomenklatürde bir anlaşma konusudur. Yukarıdaki şekilde, H – Cα çizgisine doğru bakarsanız, D-amino asidin COOH -> R -> NH2 rotasyonu saat yönünün tersine gerçekleşirken, L-amino asidi için bu rotasyon saat yönünde olacaktır. Bu nedenle, sağ ve sol amino asitleri kimyasal kompozisyonları açısından birbirine benzer, ancak uzayda kimyasal grupların karşılıklı düzenlemelerinde farklı kiraliteye sahiptirler. “Kiralite” kelimesi, Yunanca χειρ (kheir), yani “el”, kelimesinden türetilmiştir. Enantiomorfizme, yani sağ ve sol modifikasyonlara yol açan dissimetrizm, ikinci türde simetri elemanlarına sahip olmayan tüm şekillerde inherenttir – düzlem, simetri merkezi, simetri aynası eksenleri (döndürme ve dik bir düzlemde yansıma kombinasyonları) olmayan tüm şekillerde inherenttir.
Doğadaki canlı organizmalardaki kiral moleküller, neredeyse tamamen tek bir enantiomer olarak varlığını sürdürür – ya sağ (D-şekerler) ya da sol (L-proteinler). Kimyasal laboratuvarda yapay olarak elde edilen aynı maddeler, rasemik karışımlardır; yani, eşit miktarda D- ve L-enantiomer içerirler. Moleküllerin stereoseçiciliği, canlı maddenin replikasyon ve üreme süreçlerinde kritik bir parametredir ve görünüşe göre Dünya’da yaşamın ortaya çıkması için gerekli bir önkoşul ve koşuldur.
Çoğu biyokimyasal reaksiyon, bir stereoisomerin gerekli ürünü ürettiği ve diğerinin ya reaksiyona katılmadığı ya da istenmeyen yan etkilere neden olduğu şekilde stereoselektiftir. Şu anda, substratı homokiral bir ürüne dönüştüren kiral katalizörlerin dahil olduğu asimetrik sentez, stereoselektif reaksiyonlar için geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Laboratuvar koşullarında elde edilen enantiyomerler, farklı fiziksel ve biyolojik özelliklere sahip olabilir; bir enantiyomer etkili bir ilaç olarak hizmet ederken, diğeri vücuda zehirli olabilir, örneğin talidomid kullanımıyla ilgili tıbbi bir olayda olduğu gibi. Birçok psikotropik ilaç, seçilen enantiomere bağlı olarak farklı aktivite ve etkinlik sergiler. Örneğin, genellikle rasemat tuz formunda kristalleşen amfetaminler için, D-amfetamin, refrakter vakalarda tedavide L-amfetaminden daha etkili olabilir.
Curie prensibi ve homokiralite hipotezleri
Proteinlerde L’nin D’ye tercih edilmesi ve karbonhidratlarda/şekerlerde D’nin L’ye tercih edilmesinin rastgele olduğu ancak bir kez yapıldığında evrimsel tarih boyunca erken bir aşamada belirlendiği mantıklı görünmektedir. Canlı maddenin stereoseçiciliğinin kökeni üzerine literatür çok geniş kapsamlıdır ve manyetik alanların etkisinden dairesel polarize ultraviyole ışığa, çekirdek beta bozunumu sürecinde zayıf kuvvet etkileşiminin simetrisinin ihlaline ve homokiral yaşamın uzaydan geldiğine kadar bir dizi hipotez ve senaryoyu içerir.
Dikkat edilmesi gereken bir husus, Dünya’da yaşamın ortaya çıktığına inanılan 3.5 milyar yıl önce gerçekleşen olayların yeniden yapılandırılmasının zor, üstesinden gelinemez bir bilimsel görev olduğudur. Açıkça burada herhangi bir, hatta makul bir teoriyi deneysel olarak doğrulamanın neredeyse imkansız olduğudur. Bu nedenle, parlak ve makul derecede ikna edici modellerin, mekanizmaların ve senaryoların akışına rağmen, bilgi alanı muhtemelen uzun bir süre boyunca hipotezler şeklinde kalacaktır.
1894 yılında, Pierre Curie, Pasteur’ün dissimetrinin Doğa’daki simetri elemanlarının daha genel bir olgu olan süperpozisyonunun özel bir durumu olduğunu gösterdi. Nedenlerle etkiler arasında bağlantılar kuran prensibini formüle etti: belirli etkiler belirli bir asimetri gösterdiğinde, bu asimetri, bu etkilere yol açan nedenlerde bulunmalıdır. Ya da başka bir deyişle: nedenin simetri elemanları, bu nedenler tarafından üretilen sonuçlarda bulunmalıdır.
Curie prensibinden hareketle, stereoseçiciliğin Doğa’nın kendiliğinden gerçekleşen bir süreç olmadığı, ancak dış bir kuvvet veya alanın katılımıyla meydana geldiği öne sürülebilir. Dış alanın asimetrisi, molekülün iki stereo konfigürasyonundan birini seçerken simetriye kısıtlamalar getirebilir. Gerçekten de, birçok önerilen hipotez ve fiziksel model, elektromanyetik ve yerçekimi alanlarının, derin uzaydan gelen polarize ışığın veya Dünya’nın dönüşünün etkisinin (Coriolis kuvveti) katılımını içermektedir.
Nikolai Kozyrev’in hipotezine göre, Zaman, canlı maddenin asimetrisine neden olan bir dış kuvvet olabilir. Kozyrev’in “Lineer Yaklaşımda Nedensel veya Asimetrik Mekanik” [16] adlı kitabında şu şekilde yazmaktadır:
‘’ Bizim için, maddenin temel tarafı önemlidir: sadece zamanın bir yönelimi varsa asimetrinin fiziksel bir anlamı olabilir; bu nedenle, yaşamın asimetrisi, zamanın bir yöneliminin varlığını kanıtlar, yani gerçek mekaniğin asimetrisini. Zamanın bir yöneliminin varlığı, yaşamın varlığı olasılığından bile basitçe ortaya çıkar.’’
Bu açıklama, Kozyrev’in geçen yüzyılın 50’lerinde geliştirdiği fiziksel zaman teorisine dayanmaktadır. Bu teorinin temel prensiplerini daha ayrıntılı olarak ele alalım.
Nikolai Kozyrev’in Fiziksel Zaman Teorisi
Ünlü Sovyet astrofizikçi Nikolai Kozyrev (1908-1983), ayda volkanizma keşfi ile tanınır. Kozyrev’in adını taşıyan bir ay krateri ve bir asteroid bulunmaktadır. 1934 yılında, Kozyrev yıldızların genişlemiş atmosferleri üzerine bir teori geliştirdi ve onlardan çıkan radyasyonun bir dizi özelliğini belirledi. Bu teori, S. Chandrasekhar tarafından genelleştirildi ve Kozyrev-Chandrasekhar teorisi olarak adlandırıldı. Hertzsprung-Russel diyagramının analizi temelinde, Kozyrev enerjinin yıldızlardan çıkışının genel olarak kabul edilen fikirlere aykırı olarak termonükleer reaksiyonlarla açıklanamayacağı sonucuna vardı. 1951’de Pulkovo Gözlemevi, Leningrad (şimdi Sankt-Peterburg) bölgesinde jiroskoplar, tork dengeleyiciler ve sarkaçlar üzerinde uzun süreli deneylere başladı. 1958’de, Kozyrev laboratuvar deneylerinin ve astrofizik gözlemlerinin sonuçlarını genelleştirerek kitabını yazdı. “Neden-sonuç ilişkisinin enerji kaynağının termonükleer değil, “zamanın akışı” kaynaklı olduğu bir “sebep-sonuç ilişkisinin enerjiye dönüşümü” hakkındaki düşüncelerini pekiştirmek için, Kozyrev, sebep ve sonuç arasında infinitesimal bir uzamsal aralığı postüle etti ve aynı zamansal aralığı belirledi. Bu aralıkların oranını bir nedenden bir sonuca geçiş hızı olarak tanımladı. Matematiksel formüller aracılığıyla nedenlerin ve etkilerin etkileşimini açıklamak için, Kozyrev bu fenomenlere mekanik kuvvet anlamı verdi: neden aktif kuvvet, sonuç ise pasif kuvvet olarak tanımlandı.
Kinematik modelinde, Kozyrev cisimlerin sıkılığı ve iki cismin aynı uzay noktasında aynı anda bulunma imkânsızlığı hakkındaki temsilleri kullandı. Aynı şekilde, Kozyrev zamanı veya zamanın akışını da maddeselleştirdi, bu nedenle aktif ve pasif kuvvetler arasında mdv/dt adında bir ara kuvvet bulunmaktadır. Birkaç postülasyona dayanarak, Kozyrev zamanın geçişi matematiksel olarak δt = 1/c2 (δx) formülüyle ifade edilebileceğini gösterdi. Burada, c2 neden ile sonuç arasındaki sinyal iletim hızı, δx ve δt sırasıyla uzayda ve zamanda keyfi küçük deplasmanlardır. Bu nedenle, Kozyrev neden ile sonuç arasındaki geçişin anlık değil, infinitesimal bir zaman aralığında gerçekleştiğini iddia etti. Kozyrev, c2’nin bir evrensel sabit olduğunu iddia etti ve bu değeri teorik ve deneysel olarak 1/137c1’e eşitledi, burada 1/137 Sommerfeld’in ince yapı sabiti ve c1 ışığın hızıdır.
Zamanın Oku, Uzayda Sağ ve Sol Arasında Objektif bir Farklılık Oluşturur
Kozyrev’in denkleminden, zamanın akışının, sağ ve solun karşılıklı olarak birbirinden farklılaştığı objektif bir farkı ortaya koymasının mümkün olduğu sonucu çıkar.
Kozyrev’in kitabından bir alıntı: “Zamanın evrensel bir boyutsuz çarpanla birlikte, sırasıyla hızın boyutunu taşıyan 1⁄ c2 olan evrensel bir yalancı skaler olduğu dünya zamanı, deneyim tarafından belirlenmelidir. Zamanın akışının işareti, sağ ve sol kavramlarını kesin bir şekilde tanımlamamıza izin verir. Geometri, sağı ve solu sadece göreceli olarak ayırt eder ve geometri kendisi neyin sağ olarak adlandırılacağını neyin sol olarak adlandırılacağını belirleyemez. Bu nedenle şu sonuca varabiliriz: Dünya’daki mevcut zaman akışı, uzayda sağ ve sol arasında objektif bir farklılık oluşturur.”
Bu çok önemli bir sonuçtur ve bunu açıklamaya çalışalım. Aşağıda, sağ el sistemi (RHS) ve sol el sistemi (LHS) için bir resim bulunmaktadır. Eğer Z ekseni boyunca bakarsanız, sağ koordinat sistemi için X ekseni üzerinden Y’ye olan dönüş saat yönünün tersine, sol koordinat sistemi için ise saat yönünde gerçekleşir (Şekil 2).
Şekil 2. Dik dikartez koordinat sistemlerinin sağ ve sol sistemleri. Her iki koordinat sistemi de çizimin XY düzlemiyle örtüşen bir aynada yansıma ile birbirine geçer.
Şekil 2’de, gözlemcinin yöne doğru hareket eden bir nokta hayal edin (XY düzleminin dışına doğru yaklaşıyor). Ardından, sağ koordinat sisteminde noktanın Z koordinatı artacak ve sol sistemde tam tersine azalacaktır. Bu, δt = 1/c2 (δx) denklemindeki δx deplasmanlarının işaretlerinin, koordinat sistemi seçimine bağlı olarak zıt olacağı anlamına gelir. Aynada kendi yansımanıza bakın ve başınızı sağa çevirin. Ardından, aynadaki ikiziniz kendi aynasal simetrik koordinat sisteminde sizin için değil ama kendi için başını sola çevirecektir.
Kozyrev’in uzayda sağ ve sol arasındaki objektif farklılıkla ilgili temel sonucu, δt = 1/c2 (δx) denklemindeki işaretlerin tutarlılığından kaynaklanmaktadır. Bu denklem, koordinat sistemi seçimine kısıtlama getirir, yalnızca sağ veya sol olabilir. Haydi şöyle düşünelim, zamanın geriye doğru gittiğini, yani gelecekten geçmişe doğru negatif yönde hareket ettiğini düşünelim. O zaman δt deplasmanının işareti negatif olacaktır. Uzaysal deplasmanın işareti, zaman okunun yönünden bağımsız olarak pozitif veya negatif olabilir. Ancak δx’in işareti, sağ veya sol koordinat sistemi seçimine bağlıdır (yukarıya bakınız). Negatif bir zaman kayması durumunda, 1/c2 ve δx işaretleri zıt olmalıdır ve tersine, geçmişten geleceğe normal zaman akışında, bu işaretler aynı olmalıdır.
Bundan dolayı, δt = 1/c2 (δx) denklemindeki işaretlerin tutarlılığı (değişmezlik), koordinat sistemi seçimi tarafından benzersiz bir şekilde belirlenebilir. Bu, temel sonuçtur: zaman okunun asimetrisi – geçmişten geleceğe doğru – uzayda yalnızca iki aynasal simetrik koordinat sisteminden birinin seçilmesini gerektirir.
Sonuçlar
!- Zaman akışı, bir yönde akan bir nehirle karşılaştırılabilir ve bu, güçlü, derin, bizlere verilmiş ve kontrolümüz dışında olan bir şeydir. Üç koordinat uzayı gibi. Sorunun enerji yönü belirsiz kalmaktadır. Zaman akışını, enerjiyle en azından bazı bağlantı kurmak mümkün müdür? Süreçler zaman içinde gelişir. Enerji, bir fiziksel süreçle ilişkilidir ve klasik anlayışında zaman, sürecin akışı, bir tür itici güç ve sürecin durumlarının içsel motoru olarak basitçe sürecin seyridir. Ve varlığının gerekli bir koşulu. Dolayısıyla, bir tür gizemli içsel zaman enerjisi belirginleşiyor… Eğer zaman yoksa, o zaman süreç olmayacaktır.
Neden ve sonuç, Kozyrev’e göre, infinitesimal aralıklar δx ve δt ile ayrıldığı uzayda ve zamanda örtüşmez. Neden ve sonuç aynı anda gerçekleşmez, aksi takdirde neden ve sonuç olmazdı. Bir süre için “zaman” terimini unutursak, bunu şu şekilde formüle edebiliriz: neden ile sonuç arasındaki boşluk, kendi enerjisi olan uzay-zamanın bir nesnenin iki durumu arasındaki gerilimdir. Eğer bu energetik gerilim olmasaydı, neden ve sonuç birleşirdi, yani hiçbir şey olmazdı… Ama şu anda bir şeyler oluyor.
Eğer enerji varsa, o zaman kütle de olmalıdır. Temel soru açık kalmaya devam ediyor: Bu iki durum arasındaki boşluk nasıl madde tarafından doldurulabilir? Kozyrev’in önerdiği zamanın kinematik modeli, termodinamik model ve Bartini zamanı ile farklıdır çünkü Zaman’ı maddeleştirmeye çalışır. Kozyrev, yıldızların geçmişte ve gelecekteki konumunu hassas araçlar (torsiyon terazileri) kullanarak belirlemede ve kiral organik bileşiklerle yapılan zaman perdesi deneylerinde teorisine deneysel onay aldı. Kozyrev’in aşırı duyarlı cihazları tarafından alınan sinyaller, zamanın maddesel olduğunu ve enerji ile doygun olduğunu, ancak bilinmeyen bir doğada olduğunu açıkça belirtiyordu. Bu deneyler çeşitli nedenlerle tamamlanmadı ve – kısmen – bilimsel topluluk tarafından unutuldu.
2- Yaşamın asimetrisi karşısında zamanın asimetrisi. Kozyrev’in zaman denkleminin bir sonucu olarak, koordinat uzayının sol veya sağ el olduğu, zamanın geçişi – geçmişten geleceğe – tarafından benzersiz bir şekilde belirlenir.
Buna dayanarak, Kozyrev yaşamın homokiralitesi hakkında çıkarımlarda bulunur; dahası, yaşamın aynasal simetrisinin ihlali, zaman okunun yönünün bir kanıtıdır – zamanın yönünün varlığı, yaşamın mümkün olma olasılığından bile basitçe takip eden bir fiziksel gerçektir.
Bu çıkarım oldukça heyecan vericidir. Ancak burada birçok soru ortaya çıkar. Örneğin, yaşayan bir madde nasıl varlığı için gerekli koordinat sistemini seçer? Kozyrev’in mantığından çıkan sonuca göre, yaşayan madde, uzaydaki kartez eksilerinin yönelimini bir şekilde öğrenir ve tek seçimini yapar, oysa inorganik madde, örneğin mineraller, burada tamamen bilgisizlik sergiler ve istekli bir şekilde rasemik karışımlar oluşturur. Uzamsal koordinat sisteminin sol ya da sağ elinin tanınması, cansızdan canlıya geçişte kimyasal evrimin belirli bir aşamasında (muhtemelen bir sıçrama şeklinde) maddenin organizasyonunun karmaşıklaşmasıyla gerçekleşir gibi görünebilir.
Kozyrev denklemindeki işaretlerin değişmezliği, zamanın polaritesinin değiştiği durumda, yani zamanın gelecekten geçmişe dönmesi durumunda, uzaydaki koordinat sisteminin aynasal simetrik bir haline dönüşeceğini ve sonuç olarak yaşam dünyasının kiralitesinin değişeceğini öngörür: proteinler sağa dönecek ve karbonhidratlar sola. Belki de mineraller şanslıydı – aynı anda gerçek ve aynasal simetrik iki dünyada var olmayı başardılar ve belki de bu nedenle olağanüstü yüksek bir yaşam beklentisi gösteriyorlar. Zamanın ters yönlü seyrinden sonra aynasal simetrik bir dünyanın herhangi belirgin bir işaretinin bulunmaması, 13.7 milyar yıl önce Büyük Patlama’nın hemen ardından antimaddenin ortadan kaybolması ile bir şekilde ilişkilidir. Uzayda antimaddenin ortadan kaybolma paradoksu fizikte henüz çözülememiştir.
Bu bağlamda, Rus bilim adamı Vladimir Vernadsky’nin Dünya biyosferindeki yaşayan maddenin simetrisi üzerine çalışmalarını hatırlamak uygun olacaktır. Redi’nin ilkesi (1668) Omne vivum e vivo (Lat), “Tüm yaşam yaşamdan gelir” ilkesine dayanarak, Vernadsky yaşamın sonsuzluğu fikrini geliştirdi. Aynı zamanda Vernadsky, ‘Redi ilkesinin biosfer dışında abiogenezin imkansızlığını göstermediğini’ vurguladı. Homokiralitenin sorununu Dünya’da yaşamın kökeniyle bağlayarak, Vernadsky, yaşayan maddenin kendi, muhtemelen Riemannian, uzayını büyüme için kullandığını öne sürdü.
Dr. İbrahim Çerçi
Kuşadası
26.Ocak.2024