Yıl 2022 ama biz insanlar gündelik hayatımızda kullandığımız enerjiyi üretme konusunda hala çok ilkeliz.
Son 10 yıla sığan değişimi saymazsak 250-300 yıllık sanayi devrimi döneminin tamamı boyunca enerjimizin tamamına yakınını aynı kaynaktan elde ettik: Isı.
Buhar makinesini hatırlayın, kömürü yakıyor, suyu kaynatıyorduk ve sıkışan su buharı bir pistonu iterek hareket ettiriyordu.
Bugün temel enerjimiz elektrik ama elektriği aynen buhar makinasındaki gibi elde ediyoruz çoğunlukla.
İster nükleer santral olsun ister doğal gaz veya kömüre dayalı termik santral, bir ısı kaynağımız var, o suyu kaynatıyor, suyun buharı gidiyor türbini çeviriyor. Bir mıknatısın etrafına sarılı bakır bobin sayesinde elektrik üretiyoruz.
Hidroelektrik santrallarda ve rüzgar santrallarında elektrik üreten motorun içindeki mili çeviren hareketi doğrudan ya suyun ya da rüzgarın kinetik enerjisinden alıyoruz. Bu bizi ilkellikten bir adım uzağa taşıyor.
Sadece güneş panellerinde, güneşten gelen elektromanyetik radyasyonu, yani ışığı doğrudan elektriğe dönüştürüyoruz. Ama bu teknolojinin daha başlangıcındayız, o elektromanyetik spektrumun tamamından faydalanamıyoruz henüz.
Neyse, derdim elektriği nasıl ürettiğimiz değil. Derdim, haftalardır olduğu gibi zaman kavramı.
1700’lerin sonlarında endüstri devrimini başlatan ilk makinalar yapıldığında, dediğim gibi bunların hepsi buhar makinalarıydı, bu makinaların verimini araştırmak gerekti: Sisteme ne kadar enerji (ısı) veriyorduk ve ondan ne kadar enerji elde ediyorduk?
Gördük ki, hiçbir zaman hiçbir sisteme verdiğimiz enerjiden bırakın fazlasını almayı aynı miktarı bile alamıyorduk. Bu bizi termodinamik kanunlarına götürdü. Nitekim birinci kanun zaten bizim enerjinin sakınımı diye bildiğimiz kanundur.
Kapalı sistemlerde toplam enerji hep aynıdır, bir şekilden diğerine değişebilir ama ilave enerji yaratılamaz veya enerji yok edilemez. Verdiğimiz enerjinin sonunda elde ettiğimiz “iş” o enerjiye eşit olmaz ama “kaybolan” enerji de aslında kaybolmaz, başka bir forma geçer.
Madem bildiğimiz enerjinin en çok kullandığımız formu ısıdır; ısıya yakından baktık. Bakınca şunu gördük: Isı her zaman sıcaktan soğuğa doğru “akma” eğiliminde. Buna “ısı transferi diyoruz.
Bardağınızdaki çay bir süre sonra soğur ve çayın ısısı bulunduğunuz ortamın ısısına eşit hale gelir.
Sadece bardaktaki çay ısı transfer etmez. Eğer bulunduğumuz ortamı özel olarak ısıtmıyor veya soğutmuyorsak, bu kez o ortamın ısısı dış ortamla eşitlenme eğilimindedir. Yani dışarısı sıcaksa odamız ısınır, soğuksa soğur. Diyeceksiniz ki “Buzdolabı ne oluyor? Veya air conditioner ile soğutulan odalar ne oluyor?” Evet buzdolabının içi ısı kaybeder, yani soğur belki ama onu soğutan mekanizma odanızı buzdolabının içini soğuttuğundan daha fazla ısıtır. Odanızı soğutan air-conditioner cihazı da atmosferi odanızı soğuttuğundan daha fazla ısıtır.
Bu sonsuz bir döngüdür. Bütün şehrin ısısı aynı olmaya çalışır, bütün ülkenin, bütün dünyanın… Isı transferi sürekli ve her yerde yaşanır; uzay dahil. Ama mevsimsellik etkileri sizi yanıltmasın, ısı her zaman sıcaktan soğuğa doğru akar.
Genişleyen evrenin en sonunda ne olacağını hepimiz biliyoruz: Fena halde soğuyacak, dengeyi bugüne göre daha soğuk bir noktada bulacak.
Isının her zaman sıcaktan soğuğa doğru “akması” bizi termodinamiğin ikinci kanununa, yani entropiye getirir.
Diyelim ki bu akşam düdüklü tencerede yemek pişireceksiniz. Tencereye yemeğin malzemelerini ve suyu koydunuz, sonra da kapağını kapatıp ocağı yakıp tencereyi ocağın üzerine aldınız.
Neredeyse tam anlamıyla bir kapalı sistem yarattınız. Isı transferini tamamen olmasa da önemli ölçüde engellediğiniz için düdüklü tencerede yemekler daha hızlı pişerler; daha doğrusu ateşin üzerinde daha az kalmaları gerekir.
Tencerenin içi ısındıkça su kaynar ve buharlaşmaya başlar. Su molekülleri, gaz haline geçerler ve tencerenin içinde büyük bir hızla hareket etmeye, zaman zaman birbirleriyle çarpışmaya başlarlar.
Gazlaşma arttıkça moleküller birbirlerinden daha da uzaklaşır ve tek başlarına hareket etmeye başlarlar.
İşte bu kapalı sistem içinde moleküllerin nasıl hareket ettiğini öğrenme çabamız bize istatistiksel mekanik adı verilen özel fizik dalını kazandırdı. Bu özel fizik dalının yöntemleri sayesinde o tencerenin içindeki entropinin miktarını da hesaplayabiliyoruz.
Kapalı sisteme enerji (ısı) verdikçe o sistemin içindeki düzensizlik veya en orijinal halindeki anlamıyla “enerji transformasyonu” da artar. İşte onun adı entropidir.
Nasıl ısı transferi tek yönlü bir şeyse, entropi de öyledir. Arttığı zaman artmış olur; hiçbir zaman azalmaz, düzensiz bir noktadan düzenli hale geçmez. Zaten klasik termodinamikte ikisi aynı şeydir, yani ısı transferi ile entropi…
Entropi, yaşadığımız evrenin en acımasız gerçeklerinden birincisidir. Bize zamanda hep ileri doğru gittiğimiz duygusunu veren en önemli, hatta biricik şeyin adıdır entropi.
Üstelik entropi her yerde ve her şeydedir. Haftaya gelin bunları konuşalım.
