Termodinamiğin İkinci Yasası ve Zaman Oku
Isının neden kendiliğinden sıcaktan soğuğa aktığını, düzensizlik sloganının nerede kırıldığını ve zaman okunu sade dille anlatıyoruz.
Sıcak çay soğur, soğuk çay kendiliğinden kaynamaz. Bu gözlem o kadar sıradandır ki yasa gibi durmaz. Termodinamiğin ikinci yasası tam da bu yönü söyler. Enerji yok olmaz. Yine de her enerji akışı tersine çevrilemez. Isı, kendiliğinden sıcaktan soğuğa gider. Tersine gitmesi için bir düzenek iş yapar ve başka bir yerde daha büyük bir bedel bırakır.
Kapalı kutu
Yasa, istediği her oda için ayrı ayrı söylenmez. Söylendiği yer, dışarıyla enerji ve madde alışverişi yapmayan kapalı bir sistemdir. Böyle bir kutuda entropi kendiliğinden azalmaz. Entropi, bir makroskopik durumun altında kaç mikroskopik düzenin uyumlu olduğunun ölçüsüdür. Çok sayıda düzen varsa entropi yüksektir. Az sayıda düzen varsa düşüktür.
Bu tanım, dağınık oda sloganından daha dardır. Oda dağınık görünebilir ve molekül düzeyindeki sayı başka bir şey söyleyebilir. Yatak toplamak ikinci yasayı çiğnemez, çünkü oda kapalı bir kutu değildir. Siz iş yaparsınız, besin harcarsınız, ısıyı odaya bırakırsınız. Kutuya sizin bedeninizi de katınca hesap değişir.
Isının yönü
İki cismi temas ettirin. Sıcak olandan soğuk olana enerji akar. Bu akış, çok sayıda molekülün ortalama davranışıdır. Tek bir molekül ara sıra ters yöne de sıçrayabilir. Milyarlarca molekülde ters sıçramaların hepsinin birden çayı kaynatması, pratikte görülmez. Yasa bu yüzden büyük sayıların yasasıdır. Tek parçacık için bir yasak tabelası değildir.
Enerjinin korunması başka bir cümledir. Korunan enerji de sıcaktan soğuğa akar. Korunmak, yönü serbest bırakmak demek değildir. İkinci yasa yönü koyar. İkisini tek yasa sanmak, çayın soğumasını enerjinin yok olması diye anlatmaya götürür. Enerji yok olmaz. Kullanılabilir sıcaklık farkı azalır.
Buzdolabı ve canlı
Buzdolabı içini soğutur. İçerideki entropi azalır gibi görünür. Dolap, bunu yaparken arkadan daha çok ısı atar ve elektrik harcar. Mutfak ile dolap birlikte düşünülünce toplam, ikinci yasaya uyar. Yerel düzen, başka yerde daha büyük bir dağılma ile ödenir.
Canlı hücre de kapalı kutu değildir. Düzenini, dışarıdan aldığı enerjiyle korur ve çevresine ısı bırakır. Dünya, Güneş'ten yüksek enerjili ışık alır ve daha düşük enerjili kızılötesi ışıma yapar. Bu değiş tokuş, yüzeyde düzenli yapıların sürmesine izin verir. İzin, yasayı delmek değildir. Kutunun sınırını yanlış çizmemektir.
Erken evrenin soğuyan ışıması da bir yön taşır. O ışımanın bugünkü düşük sıcaklığı mikrodalga arka plan yazısında ele alınır. Soğuma, tek başına her yapının nasıl kurulduğunu açıklamaz. Açıkladığı, ısının kendiliğinden geri sarılmadığıdır.
Zaman oku
Geçmişi hatırlarız, geleceği hatırlamayız. Kırılan bardak toplanmaz. Bu asimetri, ikinci yasanın günlük yüzüdür. Fizik denklemlerinin birçoğu zamanda ileri ve geri aynı görünür. Yön, denklemin tek satırından değil, başlangıçtaki düşük entropili durumdan gelir. Evrenin erken hâli bu anlamda özeldir. Neden o kadar düşük entropiyle başladığı, ayrı ve açık bir sorudur. Yasayı günlük hayatta kullanmak için o sorunun çözülmüş olması gerekmez.
Yasa, bir ahlak hükmü de değildir. Dağınık oda kötüdür demez. Hangi kutuda hangi yönün olası olduğunu söyler. Kutuyu yanlış çizerseniz yasa da yanlış çalışıyor sanırsınız. Hipotezi kutunun sınırıyla birlikte yazmak, yöntem yazısında anlatılan sınamanın bir parçasıdır.
Sık sorulan sorular
Entropi sadece dağınıklık mı demek?
Günlük dilde öyle kısaltılır. Fizikte, bir görünür durumun altında kaç mikroskopik düzenin uyumlu olduğunun ölçüsüdür. Dağınık oda bu tanımın kendisi değildir.
Canlılar ikinci yasayı bozar mı?
Hayır. Hücre kapalı kutu değildir. Düzenini, dışarıdan enerji alıp çevresine ısı bırakarak korur. Kutu beden ile Güneş birlikte çizilince yön korunur.
Enerji korunuyorsa çay neden soğur?
Enerji yok olmaz, dağılır. Sıcaklık farkı azaldıkça o enerjiyi yeniden toplamak zorlaşır. Korunmak ile kullanılabilir kalmak aynı şey değildir.