MAKALE

Yayın Tarihi: 2 Mar 2014 | Levent Özkarayel

2

ENTROPİ İLKESİNİN KADİM DÜŞMANI: MAXWELL’İN CİNİ

Makro evrenin ısı ve iş kavramlarıyla ilintili değişkenlerini inceleyen ve tüm mühendislik dallarında ayrıntısıyla okutulan, içerisinde günlük yaşantımızla yakından ilişkili birçok bilgi ve yasayı barındıran bir doğa bilimi alanı var: termodinamik. 19. yüzyıl fizikçilerinin tabiri caizse tuğla tuğla inşa ettikleri bu bilimsel disiplin, taşıyıcı 4 ana kolona benzeteceğim 4 ana yasa üzerinde yükselir. Diğer tüm bilimsel keşifler için olduğu gibi bu yasalar da ortaya çıkarıldıkları zamanda hiçbir karşı görüşe muhatap olmadan kabul edilmiş değillerdir. Özellikle bilimde ortaya konan tüm fikirler, peşlerinden itirazları ve karşıt görüşleri taşır çünkü bilimsel bulgular gerçeği anlatmak zorundadır.

Başka bir deyişle, ister matematiksel olarak ifade edilsin ister sözel olarak, bugün elimizde olan tüm doğa yasaları, icat edildikleri dönemlerin parlak zihinlerinde uzun uzadıya tartışılmış, gerekliyse değiştirilerek ya kabul edilmiş ya da reddedilerek yalnızca tarihsel bir önemle hafızalarda kalmaya mahkûm edilmiştir. Aslında bu ‘tartışma’ nitelemesiyle anlatmaya çalıştığım bilimin karakterini anlatan bir özelliktir ve bu süreç tüm bilimsel bulgular için ilelebet sürmek durumundadır. Termodinamiğin yasaları da bu durumdan muaf değildir. Daha öne sürüldükleri anda itirazlara maruz kalmışlardır. İşte bu yazıda Schrödinger’in kedisi kadar ünlü olmayan fakat zamanında termodinamik alanında çalışmalar yürüten birçok bilim insanını terleten bir itirazı inceleyecek ve son derece önemli bir doğa yasasının hayatta kalma çabasına tanık olacağız.

Termodinamik Neyden Bahsediyor?

Termodinamik, temelde ısı ve sıcaklık gibi niceliklerin iş ve enerji gibi kavramlarla ilişkilerini makro boyutlarda inceleyen, sonuçları günlük yaşantımızla doğrudan ilgili olan bir bilim dalıdır. Sahip olduğu yasalar son derece genel bir geçerliliğe sahiptir ve adeta yaşamlarımızın her saniyesi bu yasalar tarafından yönetilir. Buzdolapları, klimalar, ısıtıcılar, türbinler doğrudan termodinamik bilimiyle ilişkilidir ve bu bilimin ortaya koyduğu bulgularla bir mühendislik çalışması olarak geliştirilmişlerdir. Termodinamik biliminin ortaya çıkışı da 19. Yüzyılda buharlı makinelerin verimlerini yükseltme amacıyla olmuştur.

Sommerfeld1897

Arnold Sommerfeld (1868 – 1951)

Alman fizikçi Sommerfeld’in termodinamik bilimine farklı bir açıdan baktıran şu ilginç görüşüne kulak verelim:

“Termodinamik komik bir konudur. İlk defa öğrendiğinizde, ne olduğunu anlamazsınız bile. İkinci defa üzerinden geçtiğinizde, bir-iki nokta hariç anladığınızı düşünürsünüz. Üçüncü defa baktığınızda ise, anlamadığınızı bilirsiniz, ama o zamana kadar konuya alıştığınız için bu sizi o kadar rahatsız etmez.” (*) Arnold Sommerfeld

Bilime birçok katkı sağlamış saygın bir fizikçi olan Sommerfeld, termodinamiği üç defa çalışsak bile anlamayacağımızı söylese de biz Maxwell’in ciniyle tanışabilmek için termodinamiği ayakta tutan 4 ana kolonun inşa prensiplerini basitçe anlamak durumundayız. Önümüzdeki bölümü okuduktan sonra eğer Sommerfeld haklı çıkmış olursa buradan sonrasını tekrar okumayı düşünebilirsiniz.

Termodinamiğin Yasaları

Maxwell’in cininin garip mesleğini öğrendiğinizde hayli şaşıracağınıza eminim. Birlikte bunu neden yaptığını anlamaya çalışacağız. Fakat bu işin nedenini daha iyi anlayabilmek adına biraz termodinamik bilmek gerektiği aşikârdır ve biz de bunun için biraz uğraşacağız. Yasaları kısaca tanımaya çalışacağız.

Sıfırıncı Yasa: Bu yasa hakkında sorulacak ilk soru isminin neden sıfırıncı yasa olduğudur. Hak vereceğiniz üzere herhangi bir maddeler listesini oluşturma işi, 1’den başlayan numaralar verilmek suretiyle yapılır. Fakat bilimsel buluşlar basit bir kurallar yumağının arka arkaya dizilmesinden daha karmaşık olabilir. Yine de ne olursa olsun basitten karmaşığa giden anlayış bilimin her alanında geçerlidir. Burada da buna benzer bir durum var. Birazdan inceleyeceğimiz birinci yasa ilk olarak düşünülen ve sistemleştirilen yasadır ve haliyle ‘1’ numarayı kapmıştır. Daha sonra ortaya konan bu yasa birinci yasadan daha temeldir ve önde yer almak durumundadır. Diğer yandan da hâlihazırda ortaya konmuş olan birinci yasa da duyurulmuş ve literatürde kendine yer etmiştir. Geriye yapacak tek bir şey kalmıştır o da daha temel olan fakat tek suçu geç kalmak olan bu yasaya ‘sıfırıncı yasa’ ismini vermek.

Gelelim sıfırıncı yasanın neyden bahsettiğine. Elimizde birbiriyle etkileşebilen iki farklı sistem olsun: A ve B sistemleri. Bu iki sistem etkileşime açık oldukları halde sıcaklıklarında bir değişiklik meydana gelmiyorsa termodinamik biliminde bu iki sistem birbiriyle ısıl dengededir denir.

Şimdi birbiriyle dengede olan bu iki sistemi sıcaklıklarında herhangi bir değişiklik meydana gelmeyecek şekilde ayırdığımızı düşünelim ve ortama sıcaklığını bilmediğimiz bir üçüncü sistemi dâhil edelim: C sistemi. Sıcaklığını bilmediğimiz C sistemini, ısıl dengede olan diğer iki sistemden herhangi biriyle (örneğin A sistemi) etkileşime açık olacak şekilde konumlandırdığımızda, bu iki sistem arasında sıcaklık transferi gözlemlemiyorsak yani C ve A sistemi ısıl dengedeyse, yeniden gözlem yapmaya gerek olmadan C sisteminin B sistemiyle de ısıl dengede olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz.

Bu yasa tüm sıcaklık ve ısı etkileşimlerini açıklar ve termodinamiğin temelini oluşturur. 1931 yılında İngiliz fizikçi Ralph Howard Fowler tarafından oluşturulmuştur. Günlük yaşantımızdan doğrudan sahip olduğumuz bilgilerle mantıksal çıkarsaması yapılabilir. Hedefimiz Maxwell’in ciniyle tanışmak olduğundan bu aşamada bize sıfırıncı yasayla ilgili bu kadar bilgi yeterlidir.

Birinci Yasa: Termodinamiğin birinci yasasını bir diğer ismiyle ifade ettiğimde size daha tanıdık geleceğine eminim: Enerjinin korunumu. Enerjinin korunumuna daha önce Compton Saçılmasını incelerken de başvurmuş ve sonuca, onu kullanarak ulaşabilmiştik. Fiziğin genel anlamda temel bir ilkesi olduğundan burada da karşımıza çıkıyor olması şaşırtıcı değil.

Isı bir enerji formundan başka bir şey değildir. Böyle olunca herhangi bir sisteme verilen ısı, sistemden ayrılan ve sistemde kalan ısının toplamına eşittir ifadesi bütünüyle doğru olacaktır. Termodinamik sistemlerin genelinde, sisteme verilen ısı sistem içerisinde belli bir işe dönüşür. Her ne olursa olsun, enerji hangi formda hangi şekilde iletilirse iletilsin kapalı bir sistem içerisinde sisteme giren enerji, çıkan enerjiye eşit olmak zorundadır.

İkinci Yasa (Entropi İlkesi): Maxwell’in cininin sorun yaşadığı termodinamik yasa ikinci yasadır. Dolayısıyla bu yasayı daha detaylı olarak ele almak durumundayız. İşe klasik bir soruyu hatırlayarak başlayalım: yeni hazırlanmış bir kahvenin oda sıcaklığı içerisinde geçireceği 10 dakika sonrasında sahip olacağı sıcaklığa dair beklentiniz nedir?  Kahvenin sıcaklığı 10 dakika sonra daha mı fazla olur yoksa daha mı az? Sanıyorum ki beklentiniz daha az olduğu yönünde olacaktır. Peki, ikinci bir soruda şu: daha fazla olması mümkün mü? Cevap: kesinlikle evet.

Termodinamiğin ağır abisi istatistiksel fiziğin devreye girdiği yer de tam burası. Daha önce termodinamiğin makro boyutları inceleme alanına alan bir bilim dalı olduğunu söylemiştik. Buradan mikro boyutların sahipsiz olduğu anlaşılmasın. Odanın içerisindeki her taneciği hesaba alan istatistiksel fizik denklemleriyle hareket ederseniz kahvenin sıcaklığının artacağı durumu matematiksel olarak hesaplayabilirsiniz. Ancak ortaya çıkacak olan değerin gerçekte bir anlamlılığı olmayacaktır. Çünkü bu durumun ortaya çıkabilmesini sağlayacak olasılık değeri yalnız bir insan ömründe değil evrenin ömründe dahi gözlenmesine imkân olamayacak kadar küçük olacaktır. İşte bu yüzden oda sıcaklığındaki yeni hazırlanmış bir kahvenin sıcaklığının asla artmayacağını, hava ile kahve arasında ısıl denge sağlanana kadar daima azalacağını söyleyen entropi ilkesi, makroyu inceleyen termodinamik bilimine ait bir yasa olup ‘termodinamiğin ikinci yasası’ ismiyle de anılır.

Eğer entropi ilkesinin yalnız ısı ve sıcaklık gibi kavramların yanı başında görülebileceğini düşünüyorsanız yanılıyorsunuz. Anne ve babaların (daha çok annelerin) yakından tanıyacağı, yetişkinlerin az da olsa çocukluklarına ineceği bir örnekle devam edelim.

Bir çocuk için odasını derli toplu tutmak annesi tarafından çokça kez dillendirilen güçlü bir istek ve onun içinse gözde büyüyen ulvi bir görevdir. Ben çocukluğumda odasını derli toplu tutan biri ne yazık ki olamadım. Ailemle birlikte yaşadığım dönem boyunca bu işi tamamıyla anneme devretmişimdir. Genelleme yapmaktan kaçınacağım fakat birçok kişinin çocukluğunun da bu şekilde geçmiş olabileceğini tahmin ediyorum. Benim, çevremdeki çocuklar üzerinden birebir yaptığım gözlemlerin de bu tahminimi güçlendirdiğini söyleyebilirim.

Yani işin neticesi: anneler çocuklarının odalarını toplar ve her şey yerli yerine gelir. Çocuğun okuldan gelişiyle beraber oda dağınıklaşmaya başlar. Her ne kadar genellemeden kaçınsak da bu bir doğa kuralıdır. Başlangıçta düzenli olan oda zaman içerisinde düzensiz bir hal alır. Çünkü entropi ilkesi devrededir ve bu ilke ısı ve sıcaklık gibi kavramların çok daha ötesinde evrenin tümü için düzensizliğin daima arttığını söyler. (Bu konu hakkında daha farklı bir yaklaşım ve örnekler için: Devridaim Makinaları: Yok Öyle Beleşe)

1925265_642167452497797_1586156163_n

Kaynak: http://justoutsidetheboxcartoon.com/ sitesinden Türkçeleştirilerek alındı.

Anne, odayı toplarken fizik bilimi içerisindeki tanımıyla bir iş yapmış ve entropinin artıya doğru kayışını (düzensizliğe doğru kayışı) durdurmuştur. Bunun üzerine bedelini ödeyerek (odayı toplama işini yaparak) yalnızca oda için entropiyi azaltmış yani düzeni sağlamıştır. Çocuğun okuldan dönüp odaya girişiyle doğanın sarsılmaz yasası işlemeye devam etmiş, odanın düzensizliği artmış yani entropi yükselmiştir. Annenin odayı topladığı sırada odanın azalan entropisi en iyi ihtimalle annenin enerji harcaması sonucu ürettiği entropiye eşittir. Dolayısıyla evrenin tümü için geçerli entropi ilkesi bu olay içerisinde bile bütünüyle ağırlığını hissettirmektedir.

Şunu söylemek mümkündür: aslında anneler, çocuklarının odalarını toplarken Maxwell’in cininin yaptığı işe benzer bir iş yaparlar. Maxwell’in cinini tanıdığımızda, onun buradaki durumla neredeyse aynı, başka bir görevle karşı karşıya olduğunu göreceğiz.

Sonuçta, entropi ilkesi, en yalın ifadesiyle, kainattaki her şeyin minimum enerji ve maksimum düzensizliğe gitme eğilimi içerisinde olduğunu söyler. Yukarıdaki örnekten de anlaşılacağı gibi ‘minimum enerji’ ve ‘maksimum düzensizlik’ aslında aynı durumun farklı ifadeleridir. Temelde, her şeyin minimum enerjiye doğru gidişi yeterli bir tanımdır. Fakat ikinci yasanın kapsamının daha net anlaşılabilmesi için tanımın iki ifadeyi içerecek şekilde genişletilmesi oldukça faydalıdır.

Üçüncü Yasa: Bu yasanın Maxwell’in ciniyle doğrudan ilgisi bulunmuyor fakat hiyerarşiyi bozmamak adına kısaca bahsetmekte yarar görüyorum. Birazdan teknik ayrıntılarına değinmek durumunda olduğumuz sıcaklık kavramını ifade etmekte kullandığımız çeşitli birimler olduğunu biliyoruz. Günlük yaşantımızda sıkça karşımıza çıkan Celsius birimi en yaygın sıcaklık birimidir çünkü baz aldığı değerler suyun karakteristiğiyle ilgilidir ve yaşamlarımız suya doğrudan bağımlıdır. Doğa bilimleri içerisinde Celsius’u genelde kimyacılar kullanır. Fizikte ise Celsius yerine Kelvin birimi kullanılır çünkü suyun kaynama ve donma noktalarından ziyade molekül titreşimlerinin sıfıra indiği noktayı baz alan birim sistemi fizikçiler için daha kullanışlı ve açıklayıcıdır.

İşte Kelvin birim sisteminin 0 olarak kabul ettiği sıcaklık, mutlak sıfır noktası (-273,15 °C) olarak anılan ve herhangi bir cisim için molekül titreşimlerinin durduğu (çok küçük titreşimlere indirgendiği) hal olarak bilinen kuramsal bir sıcaklıktır. Kuramsaldır çünkü bu yasaya göre (üçüncü yasa) hiçbir madde mutlak sıfır noktasına kadar soğutulamaz. (Bu konu hakkında ayrıntılı bir inceleme için: Yakan Soğuk: Negatif Sıcaklıklar)

Isı ve Sıcaklık Nedir?

Maxwell’in ciniyle tanışmadan önce termodinamiğin 4 ana yasası haricinde daha temel düzeyde sıcaklık ve ısı gibi kavramları bilmekte yarar var.

Çevremizdeki tüm atomlar (tanecikler) bizi oluşturanlar da dâhil olmak üzere belli bir frekansta titreşim hareketi yapar. Elbette bu titreşim hareketi bizim algı sınırlarımızın dışında olmak üzere mikro seviyededir. Mikro düzeydeki bu hareketler, taneciklerin tekil olarak sahip oldukları enerji demektir. Isı da bu enerji formunun adıdır.

Bir cismin ısısını herhangi bir aletle doğrudan ölçmek mümkün değildir. Ancak bazı matematiksel hesaplar yapılabilir. Bunun yerine maddeler arasında aktarılan ısı ölçülebilir. Peki, maddeler arasında ısı formunda gerçekleşen bu enerji transferi kendi kendine hangi koşulda gerçekleşir? Bunun için de sıcaklık tanımına başvurmamız gerekir.

Tüm maddelerin sahip oldukları taneciklerin belli frekanslarda titreşim hareketleri yaptığını söylemiştik. Bu aşamada eklememiz gereken şu olacak: madde içerisindeki tüm taneciklerin aynı frekansta titreşmeleri söz konusu değildir. Atomların insan beyninin algı sınırlarını zorlayan gizemli dünyasına inildiğinde bu durumu şuna benzetebiliriz: 2 kilometre uzunluğunda bir insan zincirinden oluşan dans topluluğunun belirlediği bir koreografiye uyarak dans gösterisi sergilemeye çalıştıklarını düşünün. Ne kadar uğraşırlarsa uğraşsınlar böylesi bir uzaklığın olduğu durumda senkron hareket etmek güçleşecektir. Madde içerisindeki atomlar için de aynı şey söz konusu. Milyarlarca taneciğin senkronize aynı frekansta titreşmeleri mümkün değil.

Öyleyse mikro düzeydeki bu titreşimleri anlatacak yeni bir kavram kullanmak gerekli. Kuşkusuz bu da madde içerisindeki taneciklerin ortalama enerjilerinin bir ölçüsü olan sıcaklık kavramı olacak. Sıcaklığın bir enerji formu olmadığını peşinen söylemekte yarar var. Sıcaklık, metre gibi kilogram gibi bir ölçüdür. Termometre ile ölçülür.

Öyleyse içerisinde bulunduğumuz odayı göz önüne alabiliriz. Odayı dolduran havanın sıcaklığının 24 °C (oda sıcaklığı) olduğunu düşünelim. Bu değer bize havayı oluşturan taneciklerin kinetik enerjilerinin ortalama değerinin bizim ölçüm sistemimiz içerisinde 24 °C’ye karşılık geldiğini söyler. Yani havada ortalama enerjinin üzerinde titreşen tanecikler de ortalama enerjinin altında titreşen tanecikler de vardır. Bu durum yalnız gazlar için değil çevremizdeki tüm maddeler ve hatta bizler için de geçerlidir.

1867 yılında İskoç fizikçi James Clark Maxwell’de bu temel bilgilerden hareket ederek entropi ilkesini (ikinci yasa) sorgulamak amacıyla fiziğe yeni bir hayali kahraman katarak bir düşünce deneyi oluşturdu.

James_Clerk_Maxwell

James Clark Maxwell (1831 – 1879) Kaynak: Wikipedia

Maxwell’in Cini

Maxwell bu düşünce deneyinden ilk defa 11 Aralık 1867’de kendisi gibi fizikçi olan Peter Guthrie Tait’e yazdığı bir mektupta söz etmiştir. Ardından bu fikrini 1871’de başka bir fizikçiye, John William Strutt’a yazdığı mektupta yeniden ifade etmiştir. Yakın çevresiyle yaptığı küçük bir zihin jimnastiğinin ardından Maxwell, düşünce deneyini, 1872’de yayınladığı termodinamik konulu Theory of Heat isimli kitabıyla bilim camiasına duyurmuştur.

Maxwell, yazmış olduğu mektuplarda ve kitabında, birazdan ayrıntısına gireceğimiz sistem içerisinde görev yapan bir ajan betimlemiştir. 1874’te bu ajana ‘demon’ (şeytan – Türkçeye cin olarak geçmiştir) yakıştırmasını yapan William Thomson (Lord Kelvin)’dir.

maxwellsdemon-1

Maxwell’in ciniyle tanışın! İllüstrasyon: Jason Torchinsky.

Maxwell, entropi ilkesini sorguladığı düşünce deneyinde, ortasından bir duvar vasıtasıyla iki oda oluşacak şekilde ayrılmış kapalı bir konteyner hayal etti. Ortadaki duvarda kontrolü tamamen Maxwell’in cininde olan bir kapı ve iki odada da eşit sıcaklıkta olan hava düşünce deneyini yürütmek için Maxwell’in gereçleriydi.

Daha önce belli bir sıcaklıktaki hava içerisinde ortalama enerjiden yüksek taneciklerle birlikte ortalama enerjiden düşük taneciklerinde olduğunu söylemiştik. Maxwell’in cini bu ortalamanın üzerinde ve altında olan tanecikleri tespit etmek konusunda tam bir uzman. Bölmelerin ortasındaki duvarda bulunan kapıyı kontrol etmek üzere konumlanan cin, Maxwell’den aldığı önemli görev neticesinde ortalama enerjinin üzerinde ve altında seyreden taneciklere göre kapıyı kontrol ediyor.

608px-Maxwell's_demon.svg

Maxwell’in cini düşünce deneyinin şematik gösterimi.

Daha ayrıntılı düşünmek üzere konteyner içerisindeki iki bölmeye yukarıdaki resimdeki gibi A ve B diyelim. Maxwell’in cini uzman olduğu üzere A bölmesindeki ortalama enerjinin üzerindeki tanecikleri ve B bölmesindeki ortalamanın altındaki tanecikleri tespit ediyor olsun. Bu bilgi doğrultusunda bölmeler içerisinde oradan oraya savrularak hareket eden taneciklerin, kontrolü altında olan kapıya doğru gelmeleri durumunda yüksek enerjili olanlarının A’dan B’ye geçmesine, düşük enerjili olanlarınsa B’den A’ya geçmesine olanak sağladığını düşünelim. Böylesi bir işin sürdürülmesinden bir süre sonra B bölmesinde yüksek enerjili tanecikler, A bölmesinde ise düşük enerjili tanecikler birikmeye başlayacaktır. Bizlerin deneyimlediği sıcaklık ise taneciklerin ortalama titreşim enerjilerinin bir ölçüsü olduğundan ortalama enerjisi düşen A bölmesinin sıcaklığı düşecek, ortalama enerjisi yükselen B bölmesinin ise sıcaklığı artacaktır.

Bu olay, doğada enerjinin kendiliğinden akışı için daha önce hiç kimsenin deneyimlemediği bir sonuç olmakla birlikte açıkça termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişen bir tablo ortaya çıkarıyor. Yani oda sıcaklığı içerisinde belli bir zaman tutulan sıcak kahvenin bir süre sonra daha da sıcaklaşması gibi alışık olmadığımız bir durum söz konusu. Peki, yanlış olan termodinamiğin ikinci yasası mı yoksa Maxwell’in cini yalnızca bir hayalden mi ibaret?

19. yüzyıl, termodinamik bilimiyle ilgilenen fizikçiler için bu sorunun güncelliğini koruduğu bir yüzyıl olarak sonlandı. 20. Yüzyıl içerisinde de bu sorunun cevaplandırılmasına yönelik ilk sistemli açıklamanın gelmesi için yıllarca beklendi.

İlk açıklama 1929’da ünlü fizikçi Leó Szilárd’dan geldi. Szilard’ın açıklamasında önemle vurguladığı nokta bilgi edinme işinin belli bir enerjiyi harcamakla yapılabileceğiydi. Yani Maxwell’in cini taneciklerin hız bilgisini elde ederken, bunları kayda alırken ve birbirleriyle karşılaştırıp ortalamanın üzerinde ve altında olanları tespit ederken bir miktar enerji harcamak zorundadır. Organize harcanmış bir miktar enerji neticesinde yapılan iş ise evrenin düzensizliğe doğru giden yapısını lokal olarak bozarak belli bir düzen doğurabilir. Bölmeler arasında sıcak ve soğuk olarak ayrışan hava tanecikleri bu şekilde açıklanabilir. Bu aşamada bizler bakış açımızı biraz daha genişletip Maxwell’in ciniyle birlikte sistemin tümünün entropi hesabını yapmak durumundayız. Eğer Maxwell’in cinini de entropi hesabı için sisteme dâhil edersek cinin iş yaparken (enerji harcarken) ürettiği entropinin bölmeler içerisindeki havada azalan entropiden yüksek olması gerektiğini görürüz. Yani toplam entropi ikinci yasaya uygun şekilde bütün işlem boyunca artmaya devam etmiştir.

Deneyde yalnızca bölmeler içerisindeki havada meydana gelen entropi azalması bir annenin çocuğunun dağınık odasını toplarken düşürdüğü entropiye benzer. Tıpkı annenin odayı toplarken harcadığı enerji sonucu ürettiği entropi gibi Maxwell’in cini de tanecikleri gözlerken ve ayrıştırırken entropi üretmiştir.

Sonraki yıllarda farklı bilim insanlarından Maxwell’in cininin entropi ilkesini geçersiz kılamayacağına yönelik yaklaşımlar geldi. Bunlardan en önemlileri bir taraftan artan kuantum mekaniği bilgisiyle Heisenberg’in belirsizlik ilkesine dayanıyor. Bu ilkeye göre zaten taneciklerin hız ve konum bilgilerine aynı kesinlikte ulaşmanın imkânı yoktur. Başka bir deyişle; taneciğin enerjisinde ve hareket doğrultusunda bir değişikliğe sebebiyet vermeden hız bilgisine ulaşmak olanaklı değildir.

Bir başka önemli itiraz ise 1982’de Charles Bennett tarafından ortaya kondu. Bennett, Maxwell’in cininin ne kadar zeki ve yetenekli olursa olsun taneciklerin hız bilgilerini depoladığı hafızasının belli bir süre sonra tükenmek zorunda olduğunun altını çizdi. Böyle bir durumda yeni gelen bilgilere yer açmak için bellekteki eski bilgilerin silinmesi gerektiğini ve bu işlemin de entropi doğurduğunu belirterek bu düşünce deneyinin entropi ilkesini ihlal edemeyeceğini başka bir açıdan göstermiş oldu.

Sonuç

Maxwell’in cini, bilimsel ilerleyişin, büyük zihinlerin yüzyılları bulabilen tartışmaları neticesinde şekillenebileceğini hatırlatan önemli bir bilimsel figür olarak düşmanı olduğu entropi ilkesini geçersiz kılmayı başaramadan bilim tarihindeki yerini almıştır. Schrödinger’in kedisi, Laplace’ın şeytanı gibi diğer bilimsel kahramanlarla birlikte, öngörülemez bilim geleceğinde yanlarına katılacak yeni kahramanları bekleyişini sürdürmektedir.

Kaynaklar

(*) Wikiquote, Arnold Sommerfeld – http://en.wikiquote.org/wiki/Arnold_Sommerfeld
Maxwell’s Demon Meets Quantum Dots, Scientific American
Maxwell: Thermodynamics meets the demon, Splasho
The Wrath of Maxwell’s Demon, University of Pittsburgh
(Part 1) http://www.pitt.edu/~jdnorton/papers/ExorcistXIV/Exorcist1.pdf
(Part 2) http://www.pitt.edu/~jdnorton/papers/ExorcistXIV/Exorcist1.pdf
Wikipedia, Maxwell’s Demon – http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_demon
Wikipedia, Thermodynamics – http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics

Etiketler: , , ,


Yazar

Hacettepe Fizik Müh. bölümü mezunu. Bilkent Üniversitesi’nde Yarıiletken Fiziği / Optoelektronik üzerine çalışıyor.






2 Responses to ENTROPİ İLKESİNİN KADİM DÜŞMANI: MAXWELL’İN CİNİ

  1. Emre Sülün says:

    Sanırım ufak bir kavramsal hata var: “Bir cismin ısısını herhangi bir aletle doğrudan ölçmek mümkün değildir.” Bir maddenin ısısından bahsedilemez, iç enerjisinden bahsedilir. Isı sadece alınıp verilen enerjinin ismidir.

    • Merhaba,
      Dediğiniz gibi bir cismin ısısından bahsedilemez. Bunun yerine cismin sahip olduğu taneciklerin toplam enerjilerinin bir ölçüsü olan iç enerji kavramı söz konusudur. Kaldı ki iç enerji de doğrudan ölçülemez. Bunun yerine belli bir işlem sonucunda gerçekleşen iç enerjide meydana gelen değişim ele alınır. Çünkü bu ölçülebilirdir. Haliyle ölçemediğiniz bir şeyden bahsetmeniz de mümkün değildir. Paragrafın ilerleyen cümlelerinde ısının cisimler arasında aktarılan bir enerji formu olarak ölçülebildiğini belirttik.
      Dikkatiniz ve yorumunuz için çok teşekkürler.

Yorum yapın (Facebook, Twitter gibi hesaplarınız geçerlidir.)

Back to Top ↑
  • Patreon’dayız

  • Bizi Takip Edin

  • iTunes Bağlantısı

  • Reklam Alanı

  • Destekçiler

  • E-POSTA LİSTESİ

    Yeni bir yayınımız yayımlandığında e-posta yoluyla haberdar olmak için adresinizi bu alana girin.

    Diğer 99.811 aboneye katılın

  • Hızlı Takvim

    Mart 2014
    P S Ç P C C P
    « Şub   Nis »
     12
    3456789
    10111213141516
    17181920212223
    24252627282930
    31