Entropi ve Düşündürdükleri Üzerine

Entropi; madde dünyasında olduğu kadar; içerik anlamına derinlikli bakıldığında, sosyal bilimlere uzantıları da olan bir kavramdır.

resim
25.12.2014

Entropi, Fizik Biliminin Termodinamik dalının ürettiği kavramlardan birisidir. Madde dünyasında olduğu kadar; içerik anlamına derinlikli bakıldığında, sosyal bilimlere uzantıları da olan bir kavramdır.  Kişisel Gelişim eğitimlerinde de Entropi’den bahsedilmesi o yüzdendir.

Termodinamik, doğada ister fiziksel, ister kimyasal olsun, maddede meydana gelen dönüşümleri Isı ve İş alışverişi temelinde ele alır.

Entropi konusuna girmeden önce, enerji alışverişiyle el ele giden o dönüşümlerin tâbi olduğu Termodinamiğin Yasaları diye bilinen kurallara özetle değinmek gerekiyor.

Termodinamiğin 1. Yasası: Enerjinin Korunumu Yasası

Enerji kaybolmaz; bir biçimden bir başka biçime dönüşür.

Çevresine göre sıcaklığı azalan bir sistem, sahip olduğu enerjisini “Isı olarak aktarmıştır” denir.  Enerji, herhangi bir sistemin sahip olduğu İş’e dönüşebilir toplam kapasitesi olup; Yasa bu kapasiteyi İç Enerji olarak adlandırır.

Sistemin İç Enerjisi (U) sabittir; ancak Isı alışverişi (q) ve/ya İş (w) yapmış olmakla; yani bir halden bir başka hale geçerken değişir. O değişimin miktarı, aktarılan ısı ve yapılan işin toplamı kadardır: ΔU = q + w

Isıl Enerji birimi olarak Kalori; onun mekanik eşdeğeri (İş Birimi) olarak da Joule tanımlanmıştır. 1 Kalori, 4,183 Joule’e eşittir.

Termodinamiğin 2. Yasası: Dönüşümler iki türlüdür.

Termodinamik dönüşümleri, Tersinir Olmayan/İrreversible ve Tersinir/Reversible olmak üzere iki başlık altında inceler.

Tersinir Olmayan/İrreversible Dönüşümler: yönünü tersine çevirebilmek için karşılığında bir iş yapmak (enerji harcamak) gereken dönüşümlere denir.

Doğal Dönüşümler, bu türdendir. Dışarıdan tetiklenmeden, kendiliğinden gelişirler. Geri döndürülmesi için karşılığında, enerji harcamak; bir iş yapmak gerekir.

Akarsular, deniz seviyesine inecek yönde akarlar; o yönü tersine çevirmek için enerji harcamak gerekir.

Tersinir/Reversible, yani İki Yönlü Değişimler ise, sistemin içinde bulunduğu koşullardan birisinde yapılacak en ufak bir değişiklikle yönü değiştirilebilen dönüşümlerdir. Dengede bulunan sistemler böyledirler.

Örneğin Sıfır Derecede Su ve Buz aynı anda bir arada bulunurlar; Donma ve Erime aynı anda meydana gelmektedir. Denge şartlarında yapılacak en ufak bir değişiklik, dönüşümün yönünü aksi yöne çevirir. Kimi kimyasal reaksiyonlarda da ortamın basıncında, hacminde veya sıcaklığında (denge şartlarında) önemli sayılacak bir değişim olmadığı takdirde reaksiyona giren ve çıkan ürünler belli bir dönüşüm yüzdesinde miktarları itibariyle sabit kalırlar.

Termodinamiğin 3. Yasası: Entropi (Kimi kitaplarda 2. Yasa ile birleştirilerek 2. Yasa olarak anılmaktadır)

Entropi için çeşitli tanımlamalar yapılmıştır. Kimi dönüşümün yönünü ifade açısından, kimi sistemin iç enerjisinin ne olduğu açısından; kimisi de sistemin “düzensizliği”ni ifade edişiyle yaklaşmaktadırlar.

Esasen bu kavramın ortaya atılışı, Doğal Olayların (tersinir olmayan dönüşümlerin) cereyanı öncesi ve sonrasına ait gözlemlenenleri açıklama çalışmalarının sonucudur.

Çok kullanılan bir örnek olarak, masa üstünde duran içi dolu bir bardağın yere düşmesiyle içindeki sıvının dökülmesi ve bardağın kırılıp parçalanması olayı verilir.

Bu olayın başlangıcında, bir iş görebilir hale getirilmiş cam bardak içindekiyle birlikte bir düzenliliğe ve yer’e göre bir potansiyel enerjiye sahiptir. Yani düzenliliği ve o potansiyeli ile toplamda belli bir iç enerjiye sahiptir.

Bardak düştüğünde(yerçekimi), kırılıp parçalanması ve dökülen içeceğin yere saçılmasıyla o toplam enerji ne olmuştur?

Bütünüyle bakıldığında, sahip olduğu potansiyel enerji, yere çarpma ile ısıl enerji olarak yere aktarılmıştır. İçecek dökülmüş kullanılabilir olma vasfını kaybetmiştir. Cam parçaları eşya olarak iş göremez hale dönüşmüştür. Bu doğal bir dönüşümdür; parçaları bir araya getirmek, yeniden dolu bir bardak halinde masanın üstüne yerleştirmek önemli ölçüde iş yapmayı gerektirir.

Bu doğal Dönüşümün bilançosu yapıldığında Entropi’yi tanımlayan ifadelere ulaşılabilmektedir;

-          Bardak iç enerjisini dağıtarak harcamış; harcanan enerji işe yaramaz halde aktarılmıştır. O haldeDoğal Dönüşümler sistemin iç enerjisini azaltacak ve enerjinin kalitesini (iş yapma kapasitesini) düşüren yönde cereyan ederler şeklinde tanımlama doğrudur.

-          Masa üstünde içi içecek dolu bir bardağın oluşturduğu sistem yerçekimine tâbi olarak düşüp kırıldığından düzenliliğini yitirmiş; düzensizliği artmıştır. Doğal Dönüşümler sistemin Entropisini artıran yönde gelişir tanımı da doğrudur.

-          Geneli itibariyle Entropi, Doğal Dönüşümlerin yönünü belirlemeye dönük tanımlanmış bir kavram olup; kâinatta her şeyin yıprandığını söyleyen yasa diye de anılır.

Canlılar doğarlar, büyürler, yaşlanır ve ölürler. İş yapabilir enerjiye sahip düzenli canlı bir varlık giderek yıpranır, güçsüzleşir ve ölür. Otomobiller paslanır ve işe yaramaz hale gelirler. Sistemin iş yapabilir kapasitesi (iç enerjisi) azalır; entropisi artar. Yaşlandıkça güçsüzleşmemiz entropimizin artması demektir.

Tamamı ile düzenli bir sistemin entropisi sıfır olarak hesaplansa da (ki bu ancak, eksi 273 derece santigratta mümkündür); farklı sıcaklıklar için matematik formüllerle hesaplanan mutlak değerleri yerine pratikte, sistemin iki hali arasındaki fark (ΔS) şeklinde ifade edilir.

Özetle Doğal Dönüşümlerde; yani, Tersinir olmayan/İrreversible olaylarda,

  • Bütün sistemler kendi işleyiş düzenine müdahalede bulunulmadığı sürece iç enerjisini, iş göremez biçime dönüştürerek dağıtmakta; entropisini artırmaktadır. (deprem, çürüme, paslanma, yaşlanma vbg). ΔS>0
  • İşleyiş düzenine dışarıdan müdahale olmadan denge halini koruyan dönüşümlerde ise entropi değişmemektedir. (Sıfır derecede su-buz karışımı gibi) ΔS = 0
  • Ancak entropiyi negatif yapan hiç bir doğal değişim/dönüşüm gözlenmemiştir. ΔS<0

Dönüşümün yönünü tersine çevirmek için dışarıdan iş ve enerji harcanması gerekmektedir.

Fiziksel ve matematiksel bu kısa açıklamalardan sonra biraz da, doğal yaşam ortamlarının düzenine dair gerçeklere Entropi Yasasının gözlüğü ile bakmayı deneyelim.

Termodinamiğin Yasaları yaşama dair ne söylüyor?

Entropi, insanlığın keşfettiği geniş kapsamlı yasalardan birisidir.

Yukarıda doğal olayların hep, minimum enerji düzeyine ve maksimum düzensizliğe ulaşacak yönde ilerlediğine değinilmişti. Değişimi durdurmak veya yönünü değiştirmek için dışarıdan müdahale gerekiyor.  Çevremizde bu yasanın işleyişine işaret sayısız örneklerle karşılaşırız.

-       Akarsular üzerine kurulan barajlarda biriken suların taşarak nehir yatağından biran önce denize ulaşmak istemesi (denize ulaştığı zaman potansiyel ve kinetik enerjisini sıfırlamış olacaktır);

-       Demirin paslanarak tabiatta bulunan ilk haline dönmek istemesi (kimyasal enerjisini tüketmesi);

-       Şişirilmiş bir lastikte sıkıştırılmış havanın en ufak bir delik bulur bulmaz dışarı kaçması (hava molekülleri dışarıda daha düzensiz, daha serbest hareket edeceklerinden);

-       Isınan havanın artan basıncı ile daha az sıcak ve daha düşük basınçlı hava tabakalarına doğru yer değiştirerek rüzgâr oluşturması,

-       Baskı altındaki toplumlarda insanların baskıya direnç gösteren davranışlarda bulunması (daha özgür yaşayabilmek isteği) vbg..

Sistemde enerji harcanarak sağlanan entropi azalması, yani düzenlilik artışı (bitkilerin güneş enerjisinden beslenerek büyümeleri ile oluşan düzenlilik) enerjiyi sağlayan çevrenin (en başında güneşin) entropisindeki artış yanında daima minimal kalmakta; dolayısıyla entropi değişiminin toplamda artan yönde oluşunu etkileyememektedir.

Bu sonuç, Termodinamiğin 3. Yasasının diğer bir ifadesi olup enerji harcamadan iş üretilemeyeceğine; enerji harcayarak iş üreten sistemlerde toplamdaki verimliliğin, niçin daima 1’den (%100’den) küçük kalmaya mahkûm olduğunun işareti sayılabilir.

Doğal dönüşümlerin, insanların ve diğer canlıların yaşam faaliyetlerinin sonucu kurdukları düzenliliği azaltıcı yönde ilerlemesi, entropi yasasına Termodinamiğin bilimsel tanımını aşan anlamlar yüklenmesine de vesile olmuştur.

Örneğin, doğal değişimlerin/olayların gelişimi entropi artışıyla el ele gittiğinden; entropinin negatif olamayışı daima artışı yönünde değişim göstermesi, haklı olarak zamanın da tek taraflı ilerlediğinin göstergesi olarak anlamlandırılmıştır.

Medeniyetlerin yükselişi ve çöküşlerinin kaynağında yatan, refah/konfor/gelişmişlik/düzenlilik sağlayan; yani bunun yaşandığı toplumun/kurumun entropisini azaltan, her yeni buluş için harcanan enerjinin karşılanabiliyor oluşu ve/ya sürdürülebilirliğinin kalmaması ile ilişkisini de belirtmek gerekir. Gerek yeni konfor üretimi gerekse var olanı koruyarak toplam entropisinin artışına karşı durmak enerji harcamayı gerektirmektedir. Enerji kaynaklarına sahip olmanın ve güvenliğini sürdürebilir kılmanın önemi dolayısıyla, insanlar ve toplumlar arasındaki ilişkilerin (sömürülerin, savaşların veya barış ortamlarının) nedenlerine de ışık tuttuğundan hayati önemi çok büyüktür.

Yaşam konforu yüksek toplulukların ürettikleri çöp miktarı ve çevre kirliliğine yol açan faaliyetleri ile entropi artışı arasında var olan ilişkiyi de anmak gerek.

Besinlerin enerjisi yoğun kısımlarını tüketip az enerji yoğun kısımları atıldığında veya yüksek katma değerli eşyayı alıp ambalajları atıldığında, çöpe giden miktarla orantılı olarak çevre kirliliği yanında boşa giden enerji miktarı da artmakta; başka canlıların ürettiklerindeki düzenliliği tahrip eden doğal dönüşümlere (entropiyi artırıcı faaliyetlere) katkı yapılmaktadır.

Yani gelişmiş toplumların; hele hele tüketim ekonomisi tuzağındaki toplumların bolca çöp üreterek çevreyi kirletmelerinin ve doğanın işleyişindeki düzensizliğe hızlandırıcı katkılarının doğal çevrenin Entropisini artırdığını; o anlamda felaket getiriciliğini görmek gerekiyor…

Dünyanın akıllı insanlarının yaşadığı toplumlarda çevre bilinci uyanmasında; atıklardan enerji üretme ve onları geri kazanma önlemlerinin gerisinde, kâinatın işleyiş düzenini doğru anlamış olmaları yatıyor.

Darısı başımıza!…

16.12.2014

Dr. Necati Saygılı

Sayfa başına dön!