Termodinamik

Cin evet ama üç harfli olanlar değil. James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılan düşünce deneyidir. Düşünce deneyleri, gerçek hayatta yapılması imkânsız ya da kesinlikle etik olmayan deneylerdir. Maxwell’in ortaya attığı bu deneyin amacı termodinamiğin 2. Yasası olan Entropi İlkesini kesinliğini sorgulamaktır. Termodinamik yasaları ortaya çıkarıldığı 19. Yüzyılda kimse tarafından sorgulanmadan kabul edilmemişlerdir. Bilimde ortaya atılan her fikir, her düşünce en ince ayrıntısına kadar tartışılmalı, karşıt görüşler ve itirazlara cevap verebilir nitelikte olmalıdır. Yasalar birer dogma değillerdir. Daha fazla bilgi için Bilim Nedir? yazısına buradan ulaşabilirsiniz.

Termodinamiğin 2. Yasası Entropi İlkesi

Yüksek potansiyeldeki enerji her zaman daha düşük yoğunluğa sahip başka bir enerji formuna dönüşmek ister. Yani, bir yaz günü soğuk kahve içmek istediğinizi düşünün. Bardağa oda sıcaklığındaki kahveyi koyup üzerine 4-5 parça buz koydunuz. Kahvenizin oda sıcaklığındaki enerjisi etkileşimde olduğu buz parçalarına geçerek buzları eritir. Sonuç olarak kahveniz soğur. Peki kahvenizin etkileşimde olduğu tek şey buz mu? Kahveniz hava ile de etkileşimdedir ve hava sıcaklığı kahvenizden daha fazla olduğu için enerjisiyle kahvenizin sıcaklığını zamanla değiştirecek ve hava sıcaklığına gelene kadar ısıtacaktır. Bu entropi değişimidir. Sistemlerin entropisi daima artar ya da sabit kalır fakat asla azalmaz. 

Maxwell’in Cini

Kurulan düşünce deneyinde dış ortamdan tamamen izole, kesişen duvarı olan iki oda kurguladı. Bu duvardan herhangi bir ısı akışı gerçekleşmeyecek fakat aradaki duvarın üzerinde bir kapak bulunuyordu. Her bir odada da eşit miktarda ve eşit sıcaklığa sahip aynı gaz ile vardı. Aradaki kapağı ise odadaki gazların hızını ve konumunu bilen bir cin kontrol etmekte. Bu odalara A ve B odaları diyelim. Cin, A odasındaki moleküllerden, hızı bulunduğu odaya göre daha az olan bir molekül kapağa doğru geldiğinde kapağı açar ve B odasına geçmesine izin verir. Aynı şeyi B odasındaki hızı ortalamaya göre yüksek olan moleküller için yaparak A odasına geçirir. Bu şekilde bir süre sonra A odasında hızı yüksek ve B odasında ise hızı düşük moleküller olur. A odasındaki ortalama hız B odasına göre yüksek olmuş olur. Ortalama hız da sıcaklık demek olduğundan bu durum termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişir. 

Yasa hala geçerli mi?

Deney’e ilk itiraz Leo Szilard tarafından gelmiştir. Leo Szilard’a göre bir Maxwell Cini de olsa moleküler hızı ölçmek ve konumu bilmek için bazı araçlara ihtiyacı olduğuna ya da bu bilgiyi edinmesi için enerjiye ihtiyacı olması gerekir. Cin ve gazlar etkileşime girdiğinden gazlar ve cinin entropisini bir araya getirilmesi gerekiyor. Daha sonra Brillouin’in yaptığı çalışmalarla, cinin gazın entropisini düşürürken harcadığı enerjiyle çevrenin entropisini arttırdığını ve çevredeki entropi artışının gazdaki düşüşten fazla olacağını dolayısıyla da sistemin entropinin artacağını iddia etti. Tartışmalar daha da devam etti.

Sonuç olarak, Maxwell’in Cini deneyi entropi ilkesini ihlal edilebilirliğini sorgulamış fakat başaramamıştır. 

 

KAYNAKÇA & İLERİ OKUMA

DÜŞÜNCE DENEYİ | WIKIPEDIA

TERMODİNAMİK YASALARI | WIKIPEDIA

MAXWELL’İN CİNİ | Doç. Dr. SADİ TURGUT

MAXWELL’İN CİNİ GÖRSELİ | WIKIPEDIA

Başlık Görseli | Coffee photo created by wirestock – www.freepik.com