Gaz moleküllerinin hareketlerinin gelişigüzel olması demek ne demek bu veri yetersizliğinden olan bir durum mu yoksa aynı belirsizlik ilkesindeki gibi bir durum mu var?

Bunun cevabı Kaos Teorisi ve İstatistiksel Fizikte yatar. Kabaca fazla detaya girmeden şöyle özetlenebilir: Hatta bu konuda oldukça popüler bilim kitabı olan "Raslantı ve Kaos" kitabını tavsiye ederim. Durumu kitaptan şu cümlelerle ifade edebiliriz:

Peki fizikte rastlantısallık ne demektir? Rastlantısallık, kabaca, gelişigüzellik demektir. Örneğin kapalı bir kabın içindeki gaz moleküllerini ya da atomlarını düşündüğünüzde bunlar sürekli olarak birbirleriyle çarpışmalar yapmakta ve oradan oraya hareket etmektedirler. Dolayısıyla da düzensiz bir yapıya sahiptirler. Gaz atomlarının birbirleriyle yaptıkları çarpışmalar oldukça fazla ve bunları kesin olarak hesaplamak neredeyse oldukça zor. Bunları kesin olarak hesaplayamadığımız için de gaz atomlarının kesin olarak olarak herhangi bir andaki konumlarını hesaplayamıyoruz. Ama istatistiksel fizik sayesinde modellemeler gerçekleştirebiliyoruz. Bu modellemeler termodinamik yasaları ve düzensizliğin bir ölçüsü olan entropi ile tanımlanıyor.

Termodinamiğin İkinci Yasası’na göre evrendeki düzensizlik yani entropi, sürekli artmaktadır. Çünkü bir sistemin düzensiz ve dağınık olma olasılığı, düzenli olma olasılığından oldukça fazladır. Ve sistemin gelecekteki durumu olasılığa yani entropiye büyük ölçüde bağlıdır. İşte biz bu olasılıksal durumlara fizikte rastlantı veya gelişigüzellik diyoruz. (David Ruelle, Raslantı ve Kaos, 2006)

İleri okuma için kaynağa bakabilirsiniz.

Kinetik teori veya gazların kinetik teorisi, gazların basınç, sıcaklık, hacim gibi makroskopik özelliklerini moleküler bileşim ve hareketlerine bağlı olarak açıklayan teoridir. Esas olarak, teori Isaac Newton'un kanısının tersine basıncın moleküller arası statik itmeden kaynaklanmadığını, bunun yerine belli hızlarda hareket eden moleküller arası çarpışmalardan kaynaklandığını söyler. Kinetik teori aynı zamanda kinetik-moleküler teori veya çarpışma teorisi olarak da bilinir.

Kabuller

Bir ideal gazın moleküler modeli, bir gazın içinde bulunduğu kabın duvarlarına uyguladığı basıncın, gaz moleküllerinin bu duvarlara çarpmalarından ortaya çıktığını kabul eder. Bu modeli geliştirmek için aşağıdaki yaklaşımlar yapılır

1. Gazlar, birbirinden bağımsız her yönde gelişigüzel hareket eden taneciklerden (soy gazlar atomlardan, diğer gazlar moleküllerden) oluşur. Bir gaz, moleküllerin yaptığı doğrusal ya da zikzaklı hareketlerin (Brown hareketi) sonucu bulunduğu kabı tamamen doldurur. Aynı nedenle bir gaz başka bir gaz içine konulduğunda, tüm kaba dağılarak homojen karışım oluşturur. Onun için bir gazın hacmi, içinde bulunduğu kabın hacmine eşittir.

...

Brown hareketini anlamak için sezgisel bir metafor

Çapı 10 metre olan büyük bir balon düşünün. Bu top futbol stadyumu gibi kalabalık bir yerde olsun. Balon o kadar büyüktür ki aynı anda kalabaklıktaki birkaç kişinin üzerinde olacaktır. Taraftarlar heyecanlı oldukları için balona rastlantısal zamanlarda rastlantısal yönlerde vuracaklar. Sonuçta balon rastlantısal yönlere itileceği için ortalama olarak çok fazla hareket etmeyecektir. 20 taraftarın topu sağa, 21 taraftarın da sola ittiğini ve her taraftarın kuvvetinin eşit olduğunu varsayalım. Bu durumda iki yönden uygulanan kuvvetler dengede değildir ve top yavaşca sola gidecektir. Bu dengesiz kuvvet her an vardır ve topun rastlantısal hareketine yol açan budur. Eğer bu sahneye taraftarları göremeyecek şekilde yukarıdan bakarsak büyük balonu rastlantısal hareketler yapan küçük bir nesne olarak görürüz.

Brown'ın suda yüzen parçacığına dönelim. Bir su molekülü yaklaşık 1 nm boyundadır, polen parçacığı ise yaklaşık 1 µm'dir yani su molekülünden yaklaşık 1000 kat büyüktür. Bu yüzden polen parçacığını minik su molekülleri tarafından sürekli itilen büyük bir balon olarak düşünebiliriz. Sıvıdaki Brown hareketinin sebebi parçacığa uygulanan kuvvetlerdeki anlık dengesizliklerdir.