Featured Video Play Icon

ENTROPİ: Evrenin Çalışma Şekli ve Termodinamik

Enerji.

Evrendeki her şeyin temeli. Galaksileri. Yıldızları. Gezegenleri besleyen güç.

Bizi biz yapan. Yürüten, düşündüren, gelişmemizi sağlayan, dünyayı aydınlatmamızı sağlayan. Uçaklara, makinelere, bilgisayarlara…  Evimizdeki tüm cihazların… Yediğimiz tüm besinlerin. Her şeyin yakıtı. Enerji…

Gezegenlerden bahsettik. Evrenin kanunlarından. Genel görelilikten. Kütleçekiminden bahsettik.

E=mc2 dedik. Bir sürü denklemden bahsettik. Kuantum fiziği konuşuyoruz. Daha da konuşacağız. Hepsi etrafımızda olup bitenleri açıklayan sihirli formüller.

Ama bir şeyden bahsetmedik hala.  Tüm bunların arkasındaki “şeyden”. Tüm formüllerde mutlaka gördüğümüz o güçten bahsetmedik. Onu anlamadan da birçok şey yerine oturmayacak.

Enerjiden.

Bahsetmedik.

Sahi… Nedir enerji? Yani. Zaman gibi. O kadar soyut kalıyor ki. Bir anda sorunca bazı açıklamalar yapabiliyor, yorumlayabiliyoruz ama gerçekten, enerji nedir?

Gelin şu konuyu da bir açıklığa kavuşturalım ve enerjiden bahsedelim.

Bahsettiğimiz gibi yediğimiz çikolatadan süpernovalara, tüm elektronik cihazlardan ısıya kadar her şeyin temelinde yatan bu sihirli gücü anlamlandırmaya ve hepsini ortak bir paydada buluşturmak için gösterilen çabalara, denklemlere… Bu yolda hayatını adamış adamlara bir bakalım…

Ve her zaman olduğu gibi birazcık geriye gidelim. Bu sorunun cevaplarının ilk kez aranmaya başladığı zamana…

Ondan da önce, insanlık tarihine baktığımızda “enerjiyi” kendi çıkarımız için kullanmak adına birçok yol kullandığımızı görebiliriz. Isınmak için ateş yaktığımızda… Değirmenler inşa ettiğimizde… Okyanuslarda yelkenleri açtığımızda enerjinin farklı türlerini kullandık…

Fakat 300 yıl kadar önce inanılmaz bir şey oldu. İnsanoğlu buhar makinelerini kullanmaya başladı. İcadı binlerce yıl öncesine kadar giden bu makinelerin potansiyeli ilk kez keşfedildi desek yeridir. Normalde 10larca, 100lerce insana ihtiyaç duyduğunuz işleri bir buhar makinesi ile yapabiliyordunuz. İnsanlık “robotlar işlerimizi elimizden alacak” korkusu ile yeni tanışmadı anlayacağınız. Yüzlerce yıl önce yaşanmaya başlamış bir değişim bu. Fakat bu değişim, bu devrim tüm dünyayı değiştirecekti.

Daha detaylı konuşmadan önce yine başka bir isimden bahsetmek istiyorum. Biliyorsunuz. Bu gelişmelerin hikayesi bence gelişmelerin kendisi kadar önemli. Ve bu isimlerden bahsettiğimizde daha bütünsel bir bakış açısı kazanabiliyoruz. O nedenle. Gelin. Gottfried Leibniz’den bahsedelim. Bir diplomat, bir bilim insanı olmasının da ötesinde Leibniz de evrenin mekanizmasını çözmeye kendisini adamış bir insandı.

İçinde yaşadığımız bu evrenin çok ama çok güçlü bir makine olduğuna ve bunu bir gücün yarattığına inanıyor ve bu yaratıcının mantığını çözmek için makinelerin nasıl çalıştığını anlamamız gerektiğine inanıyordu. Makineleri anladığımızda evrenin de nasıl çalıştığını anlayabilecektik.

Yani aslında felsefe ve biraz da din ve mühendislik ona göre birbirine çok yakın olgulardı. Bu vesileyle 17. Yüzyılın sonlarında çok basit ama çok önemli bir soruyu araştıracaktı.

Nesneler çarpıştığında ne olur?

Mesela iki bilardo topu birbirine çarptığında?

Leibniz’e göre burada “kuvvetin” aktarımı söz konusuydu… Bir nesneden diğerine aktarılan bir “şey.” Evet.

Leibniz’e göre bu kuvvet bir “şey”di. Yaşayan, var olan, somut bir şeydi. Yaşayan Kuvvet diyordu kendisi de.

Çarpışma sırasında iki nesne arasında paylaşılan bir şey.

Bu çıkarımla Leibniz dünyanın da yaşayan bir makine olduğunu düşünüyordu ve bu makinede tanrının dünyayı yaratırken yerleştirmiş olduğu yaşayan bir kuvvet olduğunu ve bu kuvvetin de sonsuza dek aynı seviyede orada kalacağını söylüyordu.

Asıl sorun bunu tanımlamaktı tabi. Ve çok yakında bu kuvveti tanımlayacak bir matematiksel açıklama getirecekti.

Ve bununla birlikte çok ilginç bir bulguya erişecekti.

Baruttaki patlama gücünü…

İçindeki yaşayan gücün alev ve buhar olarak salındığını görecekti.

Ve bunun kullanılabilmesi durumunda insanoğlunun inanılmaz bir kuvveti elinde bulunduracağına inanıyordu.

Ve kendisi de bunun üzerine çalışacaktı. Bu “yaşayan kuvveti” yakalamak. Elde tutmak. Ve kullanmak.

Bunun yapılabileceğini biliyordu da aslında. Çok farklı şekillerde. Zaten yaptığımız, kullandığımız şekillerde.

Kuvveti dönüştürerek. Isıyı mesela. Çok faydalı şekillerde kullanabileceğimizi biliyordu.

İnsanlığın elindeki gücü sonsuzluğa çıkarabileceğini. 1 adamın elindeki iş gücünü 100lerce adamın iş gücüne eşdeğer hale getirebileceğini.

Maalesef bu düşüncesi teoride kalacaktı.  Yani zamanının çok çok ötesinde fikirlerdi ama her zaman olduğu gibi bunu gösterebilmeniz, kanıtlamanız gerekiyordu.

Ama işte 19. Yüzyılda bu düşünceleri hayata geçecekti.

Buhar makineleri…

Bahsettikleri buydu. Görememeleri çok üzücü düşününce.

Buhar makineleri.

İnsanoğlunun ilerleyişine bakarsanız. Adım adım ilerlediğini göreceksiniz.

Ama buhar makineleri öyle bir adımdı ki. Çok çok büyük bir adım.

Buhar gücü ile hayal bile edemeyeceğimiz işler yapabiliyorduk.

Fakat daha da önemlisi Leibniz’in bahsetmiş olduğu “yaşayan kuvvet” ile ilgili de bize birçok şey anlatıyordu.

Evrenin nasıl çalıştığına dair.

Garip olansa buhar makinelerini kullanmamıza rağmen bunun ne ifade ettiğine, bu gücün ne olduğuna dair çok az insanın bir fikri vardı. “Evrenin çalışma prensibi” ile ilgili bize bir şeyler anlattığını çok az kişi anlayacaktı. Buhar gücünün kozmosun gizemlerini barındırdığını.

Bu isimlerden en önemlisi ise Sadi Carnot’ydu.

Yine ismini çok duymadığımız ama dünyayı kökünden değiştiren isimlerden biriydi.

Normalde bir asker olan Nicolas Carnot buhar makineleri ile müthiş bir gelişim içinde olan İngiltere’nin alt ettiği Fransa’da doğmuştu. Ve Carnot İngiltere’nin elinde olan bu gücün, buhar gücünün çok önemli olduğunu çok iyi biliyordu. Bu gücü elinde bulunduranın her şeyi yapabileceğini.

Bu yüzden işgal altında bulunan ülkesini bu bataklıktan çıkarmak için kolları sıvadı.

Ve 1824 yılında daha sonra efsaneleşecek Ateşin Hareket Ettirici Gücü Üstüne Düşünceler isimli kitabını yazdı.

60 sayfa bile olmayan bu kitapta tüm ısı motorlarının nasıl çalıştığını açıklayacaktı.

Kısaca şunu söylüyordu: Tüm ısı motorlarının soğuk bir ortamda bulunan sıcak bir kaynaktan ibaret olduğunu, ısının sıcak ortamdan soğuk ortama akan bir tür su gibi davrandığını, ve bu akışın faydalı işler yapmak için kullanılabileceğini.

Bu çalışma mantığını da şu şekilde geliştirecekti. Bir ısı motorunu daha verimli hale getirmek istiyorsanız ısı kaynağı ile soğuk ortam arasındaki ısı farkını artırmanız gerekir diyordu.

Ve bu inanılmaz keşif sayesinde sonraki yüzyıllarda tüm gelişmelerin temelinde yatacaktı.

Mesela bir otomobil motorunun buhar motorundan çok daha verimli olmasının nedeni çok çok yüksek sıcaklıklarda çalışmasıdır. Ya da bir jet motoru. Kullanılan malzemeler ile erişebileceği çok çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesi nedeniyle çok verimlidir.

Tüm bunlardan da öte Carnot evrenin bir sırrını da keşfetmişti. Doğanın çalışma prensibine dokunuyordu bu. Doğada her şey sıcak ve soğuk arasındaki enerji alışverişi ile hareket ediyordu.

Ve bu keşfi ile Carnot aslında yeni bir bilim dalı ortaya çıkaracaktı.

TERMODİNAMİK.

Enerji ve entropi bilimi olarak bilinen, enerji dönüşümü ve ısının hareketini inceleyen ve birçok mühendislik dalını ilgilendiren bilim dalı.

Termodinamiğin Babası olarak bilinmesinin nedeni de budur.

Ama neredeyse tüm hikayelerde gördüğümüz gibi Carnot hiçbirini göremeyecekti. 1832 yılında Fransa’daki Kolera salgınında henüz 36 yaşında müthiş bir miras ile hayatını kaybedecekti. Kısacık hayata sığdırılmış inanılmaz keşiflerle…

Sonrasında. 19. Yüzyılda ısı, hareket ve enerji ile ilgili çalışmalar hız kazanacaktı.

Makineler üretirken, motorların nasıl çalıştığı anlaşılmaya çalışılırken de çok ama çok garip bağlantılar keşfedilecekti.

Farklı enerjilerin, çok farklı gördüğümüz enerji birimlerinin aslında nasıl birbiri ile bağlantılı olduğu.

Belirli bir miktar enerji üretmek için hangi türde başka bir enerjiden tam olarak ne kadar gerektiğini hesaplayabiliyorduk artık.

Mesela 30 mililitre suyu 1 santigrat ısıtmak için gerekli enerji ile 12 buçuk kiloluk bir yükü 1 metre kaldırmak için gerekli enerji ile tam olarak aynıdır.

Şimdi buradaki garip bağlantı şu.

Mekanik işler ile ısı ne kadar farklı görülseler de aslında aynı şeyin, enerjinin farklı türleriydi…

Ve işte bu da bildiğimiz “Termodinamiğin İlk Yasası” olarak tarihe geçecekti.

Bu yasa bize şunu söyler. Enerji yokken var. Varken yok edilemez. Sadece biçim değiştirir.

Bu ayrıca şunu da ifade ediyordu. Evrende belirli bir enerji miktarı var. Sabit. Değişmeyen. Sadece şekil değiştiren.

Tam da Leibniz’in öngördüğü gibi…

Yani buhar motorunda enerji üretmiyorduk. Sadece ısıdan mekaniğe dönüştürüyorduk.

Ama hala bir soru vardı? Cevaplanmayı bekleyen.

Tamam. Enerji bir biçimden diğerine dönüşüyordu ama nasıl dönüşüyordu? Bunu nasıl yapıyordu? Asıl önemlisi niye yapıyordu bunu?

Burada da devreye Alman bilim insanı Rudolf Clausius girecekti. Ve termodinamiğin ikinci yasasını sunacaktı bize.

Termodinamiğin nasıl çalıştığının matematiksel bir analizini.

Clausius’a göre evrende sadece sabit bir miktarda enerji yoktu. Bu enerjinin de izlediği çok kesin kurallar vardı.

Mesela ısı enerjisi belirli bir yönde ilerliyordu. Sıcaktan soğuğa. Tersi mümkün değildi.

Yani kahvenizi bıraktığınızda soğumasını açıklayan da bu. Çok basit, yani bunu açıklamaya bile gerek yok aslında değil mi?

Ama bu olay bile evrenin çalışma prensibinin bir yansıması aslında.

İşte Clausius hepimizin “oluyor öyle işte” dediği bu olayı alıp, üzerine düşünüp, enerjinin nasıl aktarıldığını çok önemli bir formülle açıklayacaktı.

Bu formülle bir de yeni bir “miktardan” bahsedecekti… Ve buna da entropi diyecekti.

Tüm algımızı, bildiklerimizi de değiştirecekti.

Entropi ve genel anlamda Termodinamiğin 2. yasası bize şunu söyler.

Sıcak ortamdan soğuk ortama aktarılan ısı sırasında entropi de artar. Entropi de sıcak nesneler soğurken ısının nasıl dağıldığını ya da yayıldığını gösteren bir ölçümdür. En basit haliyle de şunu söyler. Her sistem bozulma yönünde eğilim gösterir ve entropi sürekli artış gösterir. Ve bu işlem de geri döndürülemez bir işlemdir. Yani özetle ısı yayan her şey bu geri döndürülemez sürecin bir parçasıdır ve aslında soğuyan kahvemiz de evren de aynı mantıkla işliyor.

Ama işte burada entropiyi biraz daha açmamız gerekiyor.

Bu süreçte tüm bilim insanları da bu entropiyi anlamaya çalışıyordu. Evet her sistem bozulma yönünde eğilim gösteriyor da ne demek şimdi bu? Ne anlama geliyor?

19. yüzyılda ayrıca artık yavaş yavaş evrenin de sürekli hareket halinde olan, göremediğimiz parçacıklardan oluştuğu düşüncesi de yavaş yavaş oturuyordu. Ama işte tüm bunlar arasındaki bağlantı neydi? Enerji neydi, neden bozuluyordu… Düzen neden düzensizliğe doğru eğilim gösteriyordu?

Burada da yardımımıza başka çok ama çok önemli bir isim koşacaktı.

Ludwig Boltzmann!

Boltzmann atomlardan oluşan bu dünyada ısınan nesnelerde atomların çok daha hızlı hareket ettiğini düşünüyordu.

Ama burada bir sıkıntı vardı. Öncelikle birçok bilim insanı bu atomlara inanmıyordu bile. Yani bugün atomları biliyoruz, soru bile sormuyoruz var olduklarına dair. Şüphe yok.

Ama o dönemde, atomların varlığı bile tartışılırken Boltzmann çok ileri gitmiş ve bu parçacıkların varlığını kabul edip üstüne her birini tek tek analiz etmemize gerek olmadan inanılmaz bir denklemle açıklayacaktı.

Özetle Boltzmann her şeyin, benim, senin, binaların, evrendeki her şeyin atomlardan oluştuğunu kabul ediyor ve sıcak bir nesnenin yalnız bırakıldığında ısı ile birlikte bir düzen içinde bulunan parçacıkların çevresindeki parçacıklara ısısını yaydığını, mesela masanın üstüne bıraktığınız sıcak bir nesnenin dış kısmında bulunan parçacıkların enerjisini masanın atomlarına aktardığını ve bu şekilde enerjinin düzenli durumdan düzensiz, dağılmış, yayılmış duruma doğru yönelimde olduğunu söylemişti.

Ve her sistemde mevcut bu düzensizliğin, entropinin tam olarak nasıl hesaplanabileceğini bize gösteren bir denklem ortaya çıkaracaktı.

Bilim tarihini değiştiren en önemli denklemlerden birini.

Bu denklem bize özetle şunu söylüyor.

Bir şeyin düzensizliğe, karmaşaya, kaosa doğru sürüklenmesi düzenli, stabil olmasından çok daha olasıdır.

Her şey ama her şey düzensiz olma eğilimindedir. Karmaşaya doğru sürüklenmek zorundadır.

Evrenin kanunudur bu.

Düzensizlik evrenin kaderidir.

Bizim için de. Yaşlılığı, ölümü de bir nevi açıklar entropi.

O nedenle bu oldukça teknik açıklama hayatın kendisi için de yorumlanmış, birçok felsefi tartışmanın temelini de oluşturmuştur.

Hayatının sürekli kötüye gitmesini de entropiye bağlayanlar da az değildir.

Fakat burada şu soruyu da sorabilirsiniz.

Her şey kötüye gitme eğilimdeyse yaşam nasıl var oldu?

Biz nasıl var olduk?

İşte bunu da bu düzensizlik açıklıyor aslında.

Bu düzensizlik işte bu karmaşık sistemi ortaya çıkarıyor.

Düzenden düzensizliğe doğru ilerleyen bu enerjiyi kullanarak.

Dönüştürerek. Makineler üreterek, bu enerjiyi aktararak ortaya çıkardığımız her şey gibi.

Bir arabanın motoru gibi. Düzenli bir şekilde enerjiyle dolu yakıtı alıp binlerce kat daha geniş hacimli gazlara dönüştürüp çevreye ısı ve ses yayarak, düzeni düzensizliğe dönüştürerek a noktasından b noktasına gitmemiz gibi.

Bu düzensizliği dönüştürebiliyor ve kullanabiliyoruz…

Bedenimiz de öyle. Enerji dolu yiyecekleri tükettiğimizde bu düzen içinde bulunan enerjiyi yakıyor ve düzensizliğe doğru yayılmasını sağlarken ortaya çıkan enerjiyi kullanarak hayatta kalıyoruz…

Yani aslında buradan çıkarmamız gereken şeylerden biri de şu…

Kaçınılmaz sonu değiştiremeyiz belki ama süresini uzatabiliriz…

Bu enerjiyi, bozulmaya eğilimli enerjiyi kullandığımız, dönüştürdüğümüz, bu enerjiyle bir şeyler yaptığımız sürece bu süreyi olabildiğince geciktirebiliriz.

Kendi hayatımız için de öyle… Hayatta kalmak istiyorsak hareket halinde kalmalıyız. Sabit kaldığımızda, yerimizde saydığımızda içimizdeki enerjinin de düzensizliğe doğru, yok olmaya doğru gittiğini görebiliriz.

O nedenle enerjiyi dönüştürün… Kalkın ve bir şeyler yapın…

Kaynaklar:

Entropy, Order and Disorder Energy – Thermodynamics DOCUMENTARY – YouTube

Who Invented the Steam Engine? | Live Science

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir