ENTROPİ : Tek Yönlü, Olasılıkçı, Düzensizlik Yasası

19. yüzyil, ataga kalkan bilim sayesinde sanayi devrimine sahne oldu. Bu devrimin hiç kuskusuz bas aktörü makinalardi. Makinalar da daha mükemmele ulasma istegi ile yapilan çalismalar sirasinda bilim adamlarinin Önünde bazi sorular belirdi. Hangi tür bir makina en çok verimle çalisir? Kayiplar sifirlanabilir mi? Kayiplarin kaynagi nedir? v.b. Bu sorularin cevaplan hiç de beklenildigi gibi olmadi. Çünkü yanitlar insanogluna hiç bitmezmis gibi görünen enerji rezervlerinin hesapsizca kullanilamayacagini gösterecektir.

Yapilan arastirmalar neticesinde yüzde yüzlük verimle çalisan makinalar düsüncesi tarih oldu. Çünkü ne türlü bir makina yapilirsa yapilsin makinaya verilen enerji ile makinadan baska bir sekle dönüstürülmüs olarak elde edilen enerji arasinda sifirlanamaz bir kayip mevcuttur. Ne yaparsak yapalim verilen enerjinin bir kismi makina içi sürtünmeler vasitasiyla isiya dönüsmektedir. Kaybolan isi ise hiç bir zaman enerji olarak tekrar elde edilemez. Bu olay enerji kaybi dolayisiyla birinci kanunun ihlali seklinde anlasilmasin. Kayiplardan kasit, vardan yok olma seklinde olmayip, enerjinin isi sekline dönüsüp kullanilabilir olmaktan çikmasi, sistemin (makina. ortam, araç vb.) yapisina katilmasidir.

Kisaca ikinci kanun; bir süreç içinde gerekli toplam enerji sabit kaldigi halde, sürtünme ve benzeri temaslar yüzünden kullanilabilir enerji azalmaktadir ve bunun sonucu olarak yüzde yüzlük verimle çalisan bir makina yapilamaz.

Termodinamigin ikinci kanunu, fizige geri döndürülemez (tersinmez) olaylar düsüncesini getirdi. Bu kanuna göre fiziksel hadiselerde geri döndürülemez belirli bir egilim vardir. Örnegin, bir bardak sicak çay etrafina isi vererek sogur ve hiç bir zaman çayimiz verdigi isiya kendiliginden toplayip eski haline gelmez. Yukaridan serbest birakilan bir top yerden sekip birakildigi yükseklige kadar çikmayi basaramaz. Bir pervaneyi ne kadar hizli çevirirsek çevirelim, çevirme islemini biraktiktan bir müddet sonra durur ve hiç bir zaman da sürtürmeye harcadigi enerjisini toparlayip tekrar dönmeye baslamaz. Bir odaya siktigimiz parfüm ilk Önce yakin çevresi tarafindan hissedilir, bir süre sonra karsi kösedeki arkadasimiz bile kokuyu alir, ama daha sonra koku gittikçe etkisini kaybeder ve parfüm zerrecikleri atmosferde dagilip gider. Hiç bir zaman odadan çikmam demez, geri dönüssüz evrensel egilimin etkisinde bir harekete mecbur kalir.

ENTROPİ SAĞA DOĞRU ARTAR

Bütün bu saydigimiz süreçlerin ortak yani; belirli bir dogrultuda, düzenden düzensizlige, bütünden yayilmaya, kullanilir olabilirlikten kullanilmamazliga dogru, yol almalaridir.

R.Clausius bu evrensel egilime entropi ismini verdi ve matematiksel bir ifadesini olusturmayi basardi. Entropi Yunanca kökenli bir kelime olup "Bir sistemin düzensizlik derecesinin ölçüsü" manasinda kullanilir.

Ikinci yasa kisaca entropi artisi olarak özetlenebilir. Bütün varliklarin, eninde sonunda entropisi artmaktadir. Kainattaki olaylarin tümü yukarida saydigimiz gibi geri dönüsümlü olmayan olaylardir. Bizi isitan ve aydinlatan günes bir bardak sicak çay gibi isisini tüketmektedir. Içinde bulundugumuz Samanyolu Galaksisi ve diger galaksiler bir odaya siktigimiz parfümün zerrecikleri gibi birbirlerinden hizla uzaklasmaktadirlar. Kisacasi evrenin entropisi sürekli olarak artmaktadir.

Sürekli enerji kaybindan dolayieninde sonunda evrenin entropisi maksimum degere ulasacaktir. Bu andan itibaren evrenin her yeri ayni sicaklik ve yogunlukta olacak. Bu maksimum düzensizlik halinde is yapacak kullanilabilir enerji olmadigindan bütün fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçler duracaktir.Bu umutsuz tabloya bilim adamlari "Isi ölümü" adini verirler.

Bu konu hakkinda Fizikçi Poul Davies "Tanri ve Yeni Fizik" adli kitabinda söyle diyor: "Eger evren sinirli bir düzen birikimine sahipse ve düzensizlige dogru tersinmez biçimde sonunda termodinamik dengeye degisiyorsa iki çok derin çikarimi hemen izlemeye baslar, îlki evren en sonunda agir agir yuvarlanarak kendi entropisi içinde ölecektir. Bu fizikçiler arasinda evrenin "isi ölümü" olarak bilinir. Ikincisi evren ebediyen varolmus olamaz, bu yüzden sinirli bir zaman önce dengesi son durumuna erismis olacakti. Özet olarak evren daima varolmadi."

Entropi, 19. yüzyilda büyük yankilar uyandirdi. Entropi, bir türlü Newton mekanigi ile açiklanamiyordu. Ludwig Boltzman olasilik kavramini gündeme getirdi. Olasiliklar yardimiyla kurulan istatistiksel mekanik. Newton mekanigini düstügü zor durumdan kurtardi.

En ünlü fizikçilere göre fiziğin en temel yasası olan entropi; başarılı bilimsel bir teori olmak için farklı bilim felsefecilerince ortaya konmuş olan gözlem ve deneye dayanma, yanlışlanabilme, öngörü yeteneği, başarılı matematiksel açıklama gibi kriterlerin hepsini de karşılar.

İlginç bir şekilde bu kadar kesin bir yasa olan entropi, aslında olasılıkçı bir yasadır. Isının tek yönlü akışı gibi moleküllerin dağılmasına (diffusion) yönelik hareketlerde, her bir molekülün hareketini hesap etmek imkansızdır. Söz konusu olan katrilyonlarca molekülden çok daha fazlasıdır, bu moleküllerin birbirleriyle çarpışmaları gibi etkenleri, her bir molekül için hesap etmek mümkün değildir. Fakat söz konusu olan o kadar çok moleküldür ki, dağılmaya bağlı olasılıkçı entropi kanunları hep güvenilir sonuç verir. Dünyadaki hava moleküllerini ele alalım, aslında çok düşük bir olasılık olarak, dünyadaki hava moleküllerinin Atlantik Okyanusu üzerinde toplanması ve tüm dünyanın havasız kalması olasılığı vardır; fakat bu olasılık imkansız denecek kadar azdır ve korkulacak bir şey yoktur.

ENTROPİ DEPARTMANI

Gamow’un tek bir odanın bir yarısında moleküllerin toplanmasının olasılıksal imkansızlığı (10 üzeri 299 999 999 999 999 999 999 999 998) için (matematikte 10 üzeri 50’de 1’den küçük olasılıklar genelde imkansız kabul edilir) verdiği örneğe bakarak, bizim dünyanın tüm havasının Atlas Okyanusu üzerinde toplanmasından bahseden örneğimizin ne kadar imkansız olduğunu rahatça anlayabiliriz. Moleküllerin dağılımında ortaya çıkan bu tip hesaplar, entropi yasasının olasılıkçı bir yasa olmasına karşın neden en kesin fizik yasası olarak görüldüğünü ortaya koymaktadır.