Neden Her Şey Eninde Sonunda Düzensizleşiyor?
Eğer dünyanın kaosa sürüklendiğini düşünüyorsanız, haklısınız. Bu his siyaset ve toplumun durumu ile ilgili ise haklı olabilirsiniz ya da olmayabilirsiniz, ancak evrenin zaman ölçeğinde hiç şüphe yok ki düzen bozuluyor. Bu her zaman böyledir. Ama neden?
Fizikçiler bir sistemdeki düzensizlik miktarını entropi olarak adlandırırlar. Teknik olarak “bir sistemde veya süreçte iş yapmak için mevcut olmayan enerjinin ölçümü” olarak tanımlanır. Diğerleri bunu bir sistemdeki rastgelelik veya düzensizlik miktarı olarak adlandırır. Her iki şekilde de, sonuç aynıdır.
Termodinamiğin ikinci yasası, izole edilmiş bir sistemin entropisinin azalamayacağını belirtir. Herhangi bir iş yapıldığında da aynı kalamayacağından, bu kapalı bir sistemde entropinin sürekli arttığı anlamına gelir. Evren, neredeyse tanımı gereği kapalı bir sistem olduğundan, entropisi artıyor olmalıdır.
Bunun nedenini yanıtlamak, evrenin hangi özelliklerinin kaçınılmaz olduğu ve işler biraz farklı gitmiş olsaydı hangilerinin farklı olabileceğine dair sorulara yol açabilir. Bu şu anda yanıtlanabilecek bir soru değildir ve belki de hiçbir zaman yanıtlanamayacaktır. Bununla birlikte, bazı fizik yasalarının biraz farklı olduğu bir evren hayal edebilsek ve hatta bazen düşündüğümüz gibi olmadıklarını keşfetsek de, düzensizlik eğiliminin kaçınılmaz göründüğünü söylemek doğru olur.
Belki de en çok genel göreliliğin ilk doğrulamasını yapmasıyla tanınan fizikçi Arthur Eddington öğrencilerine şu tavsiyede bulunmuştur: “Entropinin her zaman arttığı yasası – Termodinamiğin İkinci Yasası – bence Doğa yasaları arasında en üstün konuma sahiptir.”
“Eğer birisi size evren teorinizin Maxwell denklemleriyle uyuşmadığını söylerse, o zaman Maxwell denklemleri için çok daha kötü olur. Eğer teorinizin gözlemlerle çeliştiği ortaya çıkarsa, bu deneyciler bazen hata yapabilirler. Ancak teorinizin termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olduğu ortaya çıkarsa, size hiçbir umut veremem; en derin aşağılanma içinde çökmekten başka bir şey yapamazsınız.”
Bu söz bir asırdan fazla bir süre sonra bile hatırlanıyor çünkü Eddington’ın dönemindeki diğer fizik sütunları yıkılırken bu sütun dimdik ayakta duruyor.
İkinci yasa ne diyor
Termodinamiğin ikinci yasasıyla karşılaşan fiziğe yeni başlayan biri her zaman onun önemini kavrayamayacaktır, çünkü genellikle entropiden hiç bahsetmeyen şekillerde ifade edilir.
Yasayı sunmanın yaygın bir yolu, ısının doğal olarak daha sıcak bir bölgeden daha soğuk bir bölgeye doğru aktığı şeklindeki görünüşte açık olan ifadedir. Bunu tersine çevirmek mümkündür – klimalar, başlangıçta genellikle ısının atıldığı dışarıdan daha soğuk olan bir iç mekanı soğutma esasına göre çalışır. Ancak bunu yapmak için, klimayı çalıştırdıkları bir yazdan sonra elektrik faturalarını alan herkesin açıkça görebileceği gibi, büyük miktarda enerji harcamanız gerekir.
Bu gözlemin entropi ile bağlantısı açık değildir, ancak yasanın diğer tarafını eklediğimizde daha net hale gelmeye başlar; bir sistemdeki tüm ısının döngüsel bir süreçte yararlı işe dönüştürülemeyeceği. Hiçbir motor ısıyı diğer enerji biçimlerine dönüştürmede yüzde 100 verimli olamaz, bunu aşmak bir yana.
Verimsizlik daha fazla atık ısı anlamına gelir ki bu da daha fazla düzensiz molekül ve daha fazla toplam entropi ile aynı şeydir. Bir motor bir sistem içindeki düzeni artırabilir, ancak bunun bedeli çevresinde daha fazla düzensizlik yaratmaktır.
Isı akışı ve motorların verimliliğinden bahsetmek soyut görünse de, ikinci yasa diğer alanlarda aşina olunan bir kavramı tercüme etmenin bir yoludur: bedava öğle yemeği diye bir şey yoktur.
İkinci yasanın geçerli olmadığı bir evrende, bedava öğle yemeği evrensel olurdu. Kişi bir operasyondan koyduğu enerjiden daha fazlasını elde edebilirdi. Böyle bir durumu hayal etmek güzel olabilir, ancak çoğumuz için evrenin bize bir yaşam borcu olmadığı, en azından kolay bir yaşam borcu olmadığı bir tür sezgisel anlam ifade eder.
Eddington’ın uyarısını herkes kabul etmiyor. Her yıl dünyanın dört bir yanındaki patent ofisleri ve fizik bölümleri, sürekli hareket eden bir makine icat ettiğini iddia eden kişilerden mesajlar alıyor. Bunlardan bazıları bedava öğle yemeğine en yakın şey olan Güneş’ten ya da başka bir dış kaynaktan yayılan enerjiyi toplayarak çalışıyor. Bunlar ikinci yasayı ihlal etmiyor çünkü Dünya’nın kapalı bir sistem olmadığı gerçeğine dayanıyorlar; uzaydan güneş ışığı ve kozmik ışınlar alıyor ve tekrar dışarı yayıyor.
Gelen enerji Dünya’da daha fazla düzen yaratmak için kullanılabilir: bitkiler ve fotosentez yapan algler bunu çok uzun zamandır yapıyor ve güneş panellerimiz daha yeni yeni yetişiyor. Ancak daha geniş bir perspektiften bakıldığında, düzensizliğe karşı savaşta kaydedilen herhangi bir yerel ilerleme, Güneş’in ısı üretmek için molekülleri kaynaştırırken ürettiği artan entropi tarafından aşılmaktan daha fazlasıdır.
Dış enerjiye dayanmayan gerçek bir sürekli hareket makinesi ikinci yasayı ihlal eder çünkü bunlardan yeterince inşa edersek, evreni bir bütün olarak daha düzenli hale getirebilir ve entropinin yükselişini tersine çevirebiliriz. Fizikteki en büyük beyinlerden bazıları da dahil olmak üzere sayısız insan bunu denedi.
Eddington’un bahsettiği denklemlerin sahibi James Clerk Maxwell, molekülleri sıralayarak sürekli hareket eden bir makine yaratabilecek, daha sonra Maxwell’in şeytanı olarak adlandırılan minik bir varlık fikrini öne sürdü. Kuantum fiziği soruyu karmaşıklaştırmaya devam etse de, bunun neden imkansız olduğunu göstermek onlarca yıl aldı.
Maxwell’in başaramadığını daha düşük zekâlı pek çok kişi başardığını iddia etti ama hiçbiri başaramadı. İkinci yasa yenilmeden duruyor.
Evrenin nihai kaderi hakkında hala çok fazla belirsizlik var. Bazı modeller ikinci yasanın bize sonsuza kadar hükmetmeyebileceğini öne sürüyor. Ancak, bu aşamada, muhtemelen her şeyin sona ermesi için en olası yol, tüm enerjinin eşit olarak dağıldığı ve entropinin hepimizi ezip geçtiği “evrenin ısı ölümü” olarak bilinen çok iç karartıcı yol olmaya devam ediyor.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber