Entropi neden geriye alınamaz?

Merhaba Aleyna,

Konuya biraz termodinamik alt yapısı oluşturarak başlayalım. Termodinamik, en basit tabir ile enerji ve iş arasındaki ilişkiyi inceleyen bilim dalıdır. Termodinamiğin birinci yasası "enerjinin korunumu" olarak da bilinir. Bu yasaya göre: Bir sistemin iç enerjisindeki değişim miktarı, o sisteme ilave edilen ısı miktarı ile sistemin çevresine uyguladığı iş arasındaki farka eşittir.^[1] Daha yaygın bilinen bir haliyle " enerji vardan yok olmaz, yoktan var olmaz." Bu cümleden de anlayacağın üzere bir işi yapabilmek için o sisteme enerji girişi olması gerekiyor. Enerjiyi işe veya işi enerjiye dönüştürüyoruz. Bu dönüşüm ne yazık ki hiçbir zaman %100 verim ile gerçekleşmiyor. Lise fiziğinde sürekli ihmal ettiğimiz sürtünmeleri hatırlarsın. %100 verim alamama sebebimiz bununla alakalı. Bunun daha bilimsel terimi 'tersinmezliktir'. Doğadaki tüm süreçler tersinmezdir yani dışardan bir enerji girişi olmadan kendiliğinden tersi yönde işlemez. Örneğin, bir bardak sıcak kahve oda sıcaklığına bırakılırsa (25 °C) soğur, ısı akışı yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğrudur bunun tersinin olması (dışardan bir enerji girişi olmadığı sürece) mümkün değildir.

Peki bu düzen neden böyle onu inceleyelim. Neden süreçler belli bir şekilde olmak zorunda? Neden bir buz sıcakta erir? Neden yuvarlanan bir top bir süre sonra durur? Bu durum işte entropi ile bağlı olan termodinamiğin ikinci yasası ile ilgilidir. Birinci yasanın enerjinin korunumu ile ilgili olduğunu söyledik. İkinci yasa ise bu enerjinin işe dönüşebilme kabiliyeti ile alakalıdır ve entropi^[2] bu kabiliyetin bir ölçüsüdür. Örnekle gidecek olursak içten yanmalı bir motoru ele alalım. Yakıtın motor içinde yanma odası adı verilen sınırlı bir alan içinde yakılması ile oluşan basıncın, pistonu hareket ettirdiğini biliyoruz. Peki başka neler oluyor? Patlama sonucu açığa bir miktar ısı çıkıyor, oluşan basıncın bir miktarı makine elemanlarına aktarılıp titreşime neden oluyor, birbirine değen makine elemanlarının sürtünmesi ısı açığa çıkarıyor vs. yani sisteme verdiğimiz enerjinin bir kısmı işe dönüşmüyor ve geri alınamaz şekilde kaybediliyor. İşte bu kayıplar her sistem içinde küçük veya büyük mutlaka olduğu için sistemler daima minimum enerjili konuma gelirler. Ve bu minimum enerjili konumda entropileri maksimumdur. İşte ikinci yasanın bir yorumu şu şekildedir " kapalı sistemlerde entropi sürekli artar." Yani sistemler sürekli minimum enerjili konumda olacak şekilde çalışır. Sıcak bir bardak kahveyi masaya bırakırsak bir süre sonra soğur, bir cismi itersek bir süre sonra durur. Günümüzde hep karşılaştığımız bu olayların sebebi de bununla aynıdır.

Teorik olarak hesaplamaların kolaylaşması adına yaptığımız varsayımlarda enerji dönüşümünü %100 verimle alıyoruz. Bu durumda enerji iş yapabilme özelliğinin tamamını kullanmış oluyor bu durumda dahi entropi sıfır olarak hesaplanıyor. Entropinin negatif olması demek oda sıcaklığında bir bardak suyun donması, bir rüzgar gülünün rüzgar olmadan esmesi demektir. Bu nedenle entropi etrafımızdaki pek çok değişimin belirli bir yönde olmasının nedenidir ve evrenin işleyişinin temellerinden birini ifade eder.

Entropiyi geriye alamayız, her yaptığımız işte, her hareketimizde evrendeki toplam entropiyi bir miktar daha arttırıyoruz ve bir miktar enerjiyi geri alınamaz şekilde kaybediyoruz. Bir gün tüm kullanılabilir enerji yok olacak ve evren maksimum entropiye ulaşacak ve o andan itibaren artık yeni kimyasal tepkimeler olmayacak, güneşler oluşmayacak bildiğimiz ve bilmediğimiz tüm yaşamın sonu gelecek ve evren hiçbir şeyin olmadığı soğuk karanlık bir boşluk olacak. Buna 'ısıl ölüm' denir.^[3] O yüzden biri sana 'Ne yapıyorsun?' diye sorarsa her zaman 'Evreni yok ediyorum.' cevabını verebilirsin.