Evrenin Çalışma Prensibi: Entropi

1:28Sahi nedir enerji? Zaman gibi enerji de o kadar soyut kalabiliyor ki bazen suistimal dahi ediliyor. Bilirsiniz, sizin enerjinizi yükseltmekten falan bahseden spiritüeller evrenin yasalarını çözdüğünü düşünür mesela. Pozitif enerjin yüksekse başına iyi şeyler gelir falan derler hani. Dolayısıyla bir anda enerji nedir diye sorulunca bazı açıklamalar yapabiliyor, yorumlayabiliyoruz. Fakat gerçekten nedir bu enerji?

1:56Öncelikle gelin şu konuyu bir açıklığa kavuşturalım. Bahsettiğimiz gibi yediğimiz çikolatadan süpernova'lara, tüm elektronik cihazlardan ısıya kadar her şeyin temelinde yatan bu tırnak içinde sihirli gücü anlamlandırmak ve hepsini ortak bir paydada buluşturmak için gösterilen çabalara, ortaya çıkan denklemlere bir bakalım. Bu yolda hayatını adamış insanları hatırlayalım bir. Bunun için de birazcık geriye gitmemiz gerekiyor. Enerji nedir sorusunun cevaplarının ilk kez aranmaya başladığı zamanlara. İnsanlık tarihine baktığımızda enerjiyi kendi çıkarımız için kullanmak adına birçok yol kullandığımızı görebiliriz. İlk olarak ısınmak için yakılan ateş geliyor aklına. İnsanlık tarihindeki en önemli dönüm noktalarından birinde de enerji açığa çıkıyor anlayacağınız.

2:47Fakat değirmenler inşa ettiğimizde veya okyanusları açmak için yelkenleri açtığımızda da enerjinin farklı türlerini kullandık aslında. Fakat bundan 300 ila 400 yıl kadar önce bir şey oldu. İnanılmaz bir şey. İnsanlık buhar makinelerini kullanmaya başladı. İcadı binlerce yıl öncesine kadar giden bu makinelerin potansiyeli ilk kez keşfedildi desek yeridir. Normalde onlarca hatta yüzlerce insana ihtiyaç duyduğunuz işleri artık tek bir buhar makinesiyle yapabiliyordunuz.

3:20Anlayacağınız insanlık robotlar ya da yapay zeka işlerimizi elimizden alacak korkusuyla yeni tanışmadı. Yüzlerce yıl önce duyulmaya başlanmış bir endişe bu. Fakat devrim niteliğindeki bu gelişme yani buharlı makinelerin kullanılmaya başlanması sadece bir ülke ya da bölgeyi değil tüm dünyayı hatta tarihin seyrini de değiştirecekti. Daha detaylı konuşmadan önce bir isimden bahsetmek istiyorum size. Zira bu gelişmelerin hikayesi, gelişmelerin kendisi kadar önemli bana kalırsa. Ve bu isimlerden bahsettiğimizde daha bütünsel bir bakış açısı kazanabiliyoruz. Sonuçta biliyorsunuz, hiçbir şey tesadüf değil. E madem öyle, gelin Gottfried Leibniz'den bahsedeyim size.

4:06Bir diplomat ve bilim insanı olmasının da ötesinde Leibniz, evrenin mekanizmasını çözmeye kendisine adamış bir insandı. İçinde yaşadığımız bu evrenin çok ama çok kuvvetli bir makine olduğunu ve bu makineyi de bir gücün yarattığını düşünüyordu. Bu yaratıcının mantığını çözmek için makinelerin nasıl çalıştığını da anlamamız gerektiğini düşünüyordu Leibniz. Makineleri anladığımızda evrenin de nasıl çalıştığını anlayabilecektik ona göre.

4:33Yani aslında felsefe, mühendislik ve biraz da din birbirine çok yakın olgulardı Leibniz için. Bu vesileyle 17. yüzyılın sonlarında çok basit ama çok önemli bir soruyu araştıracaktı. Mesela iki bilardo topu birbirine çarptığında ne yaşanır? Leibniz'e göre burada kuvvetin aktarımı söz konusuydu. Bir nesneden diğerine aktarılan bir şey.

5:01Evet, Leibniz'e göre bu kuvvet bir şeydi. Yaşayan, var olan, somut, çarpışma sırasında iki nesne arasında paylaşılan bir şey. Buna da yaşayan kuvvet diyordu kendisi. İşte Leibniz dünyanın da yaşayan bir makine olduğunu düşünüyor ve tanrının da bu makinenin içinde yaşayan bir kuvvet olduğunu ve bu kuvvetin de sonsuza dek aynı seviyede orada kalacağını söylüyordu.

5:27Fakat asıl sorun bunu tanımlamaktı tabii. Neyse ki Leibniz çok geçmeden bu kuvveti tanımlayacak bir matematiksel açıklama da getirecekti. Ve bununla birlikte çok ilginç bir bulguya erişecekti. Baruttaki patlama gücüne. Barutun içinde yaşayan gücün alev ve buhar olarak salındığını fark etti Leibniz. Bunun kullanılabilmesi durumunda insanlığın inanılmaz bir kuvveti elinde bulunduracağına inanıyordu.

5:55Dolayısıyla bu bulgunun üzerine çalıştı. Bu yaşayan kuvveti yakalamak, elde tutmak ve kullanmak için uğraştı. Bunun yapılabileceğini de biliyordu aslında. Bunun için kuvveti dönüştürmek gerekiyordu. Mesela ısıyı çok faydalı şekillerde kullanabileceğimizi biliyordu Leibniz. İnsanlığın elindeki gücü sonsuzluğa çıkarabileceğini, bir insanın elindeki iş gücünü yüzlerce insanın iş gücüne eş değer hale getirebileceğini biliyordu. Ancak bu düşüncesi teoride kalacaktı maalesef. Yani zamanının çok çok ötesinde fikirlerdi bunlar.

6:28Ama her daim olduğu gibi bu fikirleri somutlaştırabilmeniz, gösterebilmeniz, kanıtlamanız gerekiyordu. Velhasıl Leibniz'in bu çalışmaları ancak 19. yüzyılda hayata geçebilmişti. Onun fikirleri buhar makineleriyle gerçeğe dönüşmüştü aslında. Düşününce Leibniz'in bunu görememesi çok üzücü. Neyse, insanlığın geçmişine bakarsanız adım adım ilerlediğini görürsünüz.

6:55Büyük değişimler küçük ya da küçük gibi görünen etkilerle kümülatif bir şekilde yaşanır genelde. Ancak buhar makinelerinin icat edilmesi öyle büyük bir adım ki. Hata bir adım değil, zamanda bir sıçramaydı adeta. Buhar gücüyle hayal bile edemeyeceğimiz işler yapabiliyorduk artık. Fakat daha da önemlisi Leibniz'in bahsetmiş olduğu yaşayan kuvvet ile ilgili de birçok şey anlatıyordu bize bu gelişme. Evrenin nasıl çalıştığına dair bazı ipuçları ya da bulgular sunmuştu. Garip olansa buhar makinelerini kullanmamıza rağmen bunun ne ifade ettiğine ve bu gücün ne olduğuna dair çok az insanın bir fikri vardı.

7:34Evrenin çalışma prensibiyle ilgili bize bir şeyler anlattığını çok az kişi anlamıştı. Buhar gücünün özünde kozmosun gizemlerini barındırdığını bir avuç insan fark etmişti yani. Bu isimlerden en önemlisi ise Sadi Carnoy'du. Yine ismini çok duymadıkmız ama dünyayı kökünden değiştiren kişilerden birisidir kendisi. Normalde bir asker olan Sadi Carnot, buhar makineleri sayesinde müthiş bir gelişim yaşamış olan İngiltere'nin alt ettiği Fransa'da doğmuştu. Ve İngiltere'nin elinde olan bu buhar gücünün son derece önemli olduğunun gayet farkındaydı.

8:12Bu gücü elinde bulunduranların her şeyi yapabileceğini çok iyi biliyordu. Tam da bu yüzden işgal altındaki ülkesini bulunduğu bataklıktan çıkarmak için sıvadı kollarını. Takvimler 1824'ü gösterdiğinde daha sonra efsaneleşecek Ateşin Hareket Ettirici Gücü Üstüne Düşünceler isimli kitabını yazdı. 60 sayfa bile olmayan bu kitap da o dönem bilinen tüm ısı motorlarının nasıl çalıştığını anlattı.

8:38Kitabında özetle şunları söylüyordu Carnot. Tüm ısı motorları soğuk bir ortamda bulunan sıcak bir kaynaktan ibarettir. Isı, sıcak ortamdan soğuk ortama akan bir tür su gibi davranır ve bu akış faydalı işler yapmak için kullanılabilir. Bu çalışma mantığını da geliştirmeyi ihmal etmedi tabii ki Carnot. Bir ısı motorunu daha verimli hale getirmek istiyorsanız ısı kaynağıyla soğuk ortam arasındaki ısı farkını arttırmanız gerekir demişti. İşte bu inanılmaz keşif sonraki yüzyıllarda yaşanacak tüm gelişmelerin de temelini oluşturuyordu.

9:15Mesela bir otomobil motorunun bir buhar motorundan daha verimli olmasının nedeni çok çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesidir. Ya da bir jet motorunun bir otomobil motorundan daha verimli olmasının sebebi de budur. Bu motorlar kullanılan malzemelerle erişebileceği aşırı yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesi nedeniyle çok verimlidir. Tüm bu teknolojik katkılardan da öte. Carnot evrenin önemli bir sırrını keşfetmişti aslında. Doğanın çalışma prensibine dokunuyordu bu keşfi. Doğada her şey sıcak ve soğuk arasındaki enerji alışverişiyle hareket ediyordu. Ve bu keşfiyle Carnot aslında yeni bir bilim dalı ortaya çıkaracaktı. Termodinamik. Peki nedir bu termodinamik dediğimiz şey? Daha da önemlisi enerjiyle ve bizim yaşantımızla olan bağlantısı ne?

10:34İşte bu sorulara da kısa bir aradan sonra yanıt arayacağız. Termodinamik, enerji ve entropi bilimi olarak da bilinen, enerji dönüşümünü ve ısının hareketini inceleyen, birçok mühendislik dalını doğrudan ilgilendiren bir bilim dalı. Her ne kadar Carnot termodinamiğin babası olarak kabul görse de neredeyse tüm hikayelerde tanık olduğumuz gibi bu alandaki somut gelişmelerin hiçbirisini görememişti. 1832'de Fransa'daki kolera salgını onu da yakalamış ve henüz 36 yaşında ardında müthiş bir bilimsel miras bırakarak hayatını kaybetmişti. Kısacık bir hayata sığdırılmış inanılmaz keşiflerle bize veda etmişti.

11:18Karno'nun ölümü sonrasında 19. yüzyılda ısı, hareket ve enerji ile ilgili çalışmalar hız kazandı. Makinelerin üretimi ya da motorların nasıl çalıştığını anlamak için yapılan araştırmalarda çok ama çok garip bağlantılar keşfedildi. Farklı enerji çeşitlerinin ve birimlerinin aslında birbirleriyle göbekten bağlantılı olduğu anlaşıldı. Belirli bir miktar enerji üretmek için başka bir enerji türünden tam olarak ne kadar gerektiğini hesaplayabiliyorduk artık.

11:48Mesela 30 mililitre suyu 1 santigrat ısıtmak için gerekli enerji ile 12,5 kiloluk bir yükü 1 metre kaldırmak için gerekli enerjinin tam olarak aynı olduğunu çözmüştük. Şimdi buradaki garip bağlantı şu. Mekanik işlerle ısı ne kadar farklı görünseler de aslında aynı şeyin yani enerjinin farklı türleriydi. Ve bu da termodinamiğin birinci yasası olarak tarihe geçti.

12:14Bu yasada bize şunu söylüyordu. Enerji yokken var, varken yok edilemez. Sadece biçim değiştirir. Hadi kestirmeden sonuca götüreyim sizi. Bu da evrende belirli bir miktarda enerjinin var olduğu anlamına geliyor. Sabit, değişmeyen, sadece şekil değiştiren bir enerji. Tam da Leibniz'in öngördüğü gibi.

12:35Yani buhar motorunda enerji üretmiyorduk. Sadece ısıdan mekaniğe dönüştürüyorduk. Ama hala cevaplanması gereken bir soru vardı. Tamam, enerji bir biçimden diyene dönüşüyordu. Ama nasıl dönüşüyordu? Bunu nasıl yapıyordu? Asıl önemlisi, niye yapıyordu bunu? Burada da devreye Almanyalı bilim insanı Rudolf Clausius giriyor. O da termodinamiğin ikinci yasasını sundu insanlığa.

13:04Bu termodinamiğin nasıl çalıştığının matematiksel bir analiziydi aslında. Clausius'a göre evrende sadece sabit bir miktarda enerji yoktu. Bir de bu enerjinin uyduğu çok kesin kurallar vardı. Mesela ısı enerjisi belirli bir yönde ilerliyordu. Sıcaktan soğuğa. Tersi mümkün değildi.

13:28Örneklendireyim sizin için. Hani kahvenizi bir süre unuttuğunuzda soğur ya, işte onu açıklayan da bu yasadır. Açıklamaya bile gerek duymadığınız çok basit bir yasa özünde değil mi? Ama bu basit olay bile, kahvenizin soğuması bile evrenin çalışma prensibinin bir yansıması aslında.

13:47İşte Clausius hepimizin oluyor öyle işte dediği bu olayı alıp, üzerine düşünüp enerjinin nasıl aktarıldığını çok önemli bir formülle açıklamıştı. Bu formülle bir de yeni bir miktardan bahsetti bizlere. Entropi idi adı. Ve tüm algımızı ya da bildiklerimizi değiştirdi.

14:08Genel anlamda termodinamiğin ikinci yasası bize şunu söyler. Sıcak ortamdan soğuk ortama aktarılan ısı sırasında entropi de artar. Entropi de sıcak nesneler soğurken ısının nasıl dağıldığını ya da yayıldığını gösteren bir ölçümdür. Daha da basit haliyle anlatayım. Her sistem bozulma yönünde eğilim gösterir ve entropi sürekli olarak artar. Bu işlem de geri döndürülemez bir şeydir.

14:36Yani özetle, ısı yayan her şey bu geri döndürülemez sürecinin bir parçasıdır. Ve aslında soğuyan kahvemiz de, evren de aynı mantıkla işlemektedir. Ama işte burada entropiyi biraz daha açmamız gerekiyor. Evet, her sistem bozulma yönünde eğilim gösteriyor. Da ne demek şimdi bu? Ne anlama geliyor?

14:59Tamam, 19. yüzyılda evrenin sürekli hareket halinde olduğu ve gözle göremediğimiz parçacıklardan oluştuğu düşüncesi kabul ediliyordu yavaş yavaş. Ama işte tüm bunlar arasındaki bağlantı ne olabilirdi? Enerji neydi? Neden bozuluyordu? Düzen neden düzensizliğe doğru eğilim gösteriyordu? Hayda! Yine bir sürü soruyla karşı karşıya kalmıştık anlayacağınız. Tam da burada çok ama çok önemli bir başka bilim insanı koşacaktı yardımımıza.

15:28Ludwig Boltzmann Boltzmann, ısınan nesnelerde atomların çok daha hızlı hareket ettiğini düşünüyordu. Ama burada da bir sıkıntı vardı. Öncelikle o dönemlerde birçok bilim insanı bu atomların var olduğuna inanmıyordu bile. Yani bugün atomları biliyoruz, varlıklarını dahi sorgulamıyoruz. Şüphe yok, gördüğümüz her şey, hatta dünya atomlardan oluşuyor.

15:53İşte atomların varlığının bile tartışıldığı bir dönemde Boltzman çok ileri gitmiş ve bu parçacıkların varlığını kabul ederek inanılmaz bir denklem keşfetmişti. Boltzman benim, senin, binaların, sokaktaki kedinin ya da evrende aklınıza gelebilecek her şeyin atomlardan oluştuğunu kabul ediyordu. ve sıcak bir nesnenin yalnız bırakıldığında çevresindeki parçacıklara ısısını yaydığını söylüyordu. Mesela masanın üstünde bıraktığınız sıcak bir nesnenin dış kısmında bulunan parçacıkların enerjisini masanın atomlarına aktardığını ve bu şekilde enerjinin düzenli durumdan düzensiz, dağılmış, yayılmış duruma doğru yönelimde olduğunu ifade ediyor.

16:34Bulduğu denklemle de her sistemde mevcut olan bu düzensizliğin yani entropinin tam olarak nasıl hesaplanabileceğini bize gösteriyordu. Bilim tarihini değiştiren bir denklemdi bu. Özetle bir şeyin düzensizliğe, karmaşaya, kaosa doğru sürüklenmesinin düzenli, stabil, durağan olmasından çok daha olası olduğunu söylüyordu bu denklem bize. Her şey ama her şey düzensiz olma eğilimindedir ve karmaşaya doğru sürüklenmek zorundadır diyordu.

17:05Evet, düzensizlik evrenin kaderidir. Evrenin kanunu böyle işler. Bizim için de öyle. Yaşlılığı ve ölümü de bir nevi açıklar entropi. O nedenle bu teknik açıklama hayatın kendisi içinde yorumlanmış birçok felsefi tartışmanın temelini oluşturmuştur. Hayatının sürekli kötüye gitmesini de entropiye bağlayanlar vardır mesela ki sayıları hiç de az değildir. Fakat burada şu soruyu sorabilirsiniz.

17:33Her şey kötüye gitme eğilimindeyse, yaşam nasıl var oldu? Biz nasıl var olduk? İşte bunu da bu düzensizlik açıklıyor aslında. Düzensizlik dediğimiz şey, bu karmaşık sistemi ortaya çıkarıyor yani. Düzenden düzensizliğe doğru ilerleyen bu enerjiyi kullanarak, dönüştürerek, makineler üreterek, bu enerjiyi aktararak ortaya çıkardığımız her şey gibi. Bir araba motoru gibi hatta.

17:59düzenli bir şekilde enerjiyle dolu yakıtı alıp, binlerce kat daha geniş hacimli gazlara dönüştürüp, çevreye ısı ve ses yayarak, düzeni düzensizliğe dönüştürerek A noktasından B noktasına gitmemiz gibi. Bu düzensizliği dönüştürebiliyor ve kullanabiliyoruz kısacası. Bedenimizden örnek vereyim size. Enerji dolu yiyecekleri tükettiğimizde bu düzen içinde bulunan enerjiyi yakıyor ve düzensizliğe doğru yayılmasını sağlarken ortaya çıkan enerjiyi kullanarak hayatta kalıyoruz.

18:30Bu şekilde yaşıyoruz kısacası. Karmaşık gibi duyulsa da çok basit bir prensip aslında bu. Yani aslında buradan çıkarmamız gereken temel şey şu. Kaçınılmazsa onu değiştiremeyiz belki. Ama oraya varma süremizi uzatabiliriz. Bu bozulmaya eğilimli enerjiyi kullandığımız, dönüştürdüğümüz, bu enerjiyle bir şeyler yaptığımız sürece süreyi de olabildiğince geciktirebiliriz. Eğer hayatta kalmak istiyorsak hareket halinde olmalıyız.

19:35sabit kaldığımızda, yerimizde saydığımızda içimizdeki enerjinin de düzensizliğe, daha da yalın bir ifadeyle yok olmaya doğru gittiğini görebiliriz. O nedenle size tavsiyem, enerjiyi dönüştürün. Kalkın ve bir şeyler yapın.