Taneciklerin Yolculuğu
**Atomlar, kuramsal sıcaklık düzeyi olan mutlak sıfır (–273,15 °Celsius) üzerindeki her sıcaklıkta kendilerine özgü hareketler sergiler. Bose-Einstein yoğunlaşması yada maddenin plazma halini gibi uç örnekleri dışarıda tutarak atom veya molekül düzeyinde taneciklerin, kaydedilmesine gerek duyulan özel sonuçlar doğurmadan oradan oraya gittiklerini biliyoruz. Çoğunlukla moleküllerin yolculuklarına nereden başladıklarının veya nereye gittiklerinin önemi yok gibi görünmektedir. Bunun yerine ve sulu ortamda tekil su molekülü örneğinde olduğu gibi molekülün zikzaklı yolculuğunu betimleyen düşsel şemalar yeterli görülür (Şekil-1).
Şekil 1. Tekil su molekülünün akışkan ortamda yer değiştirme hareketi.
Elbette bilimsel açıklama bundan ibaret değildir. Farklı başlıklar altındaki pasaj koleksiyonunda daha başka ve detaylı bilgiler de bulabilir. Tekil su molekülünün ya da akışkanların difüzyon hızını etkileyen parametreler; akışkan türü, ortam sıcaklığı, temas yüzeyi vb bir dizi etken de irdelenecektir ne var ki bu türden bilgi pazılın eksik parçasını tamamlayıp insan merakını gideremiyor.
Zihnimizi inatla taneciklerin yer değiştirme hareketlerine yönelten merak tarihsel bir öyküye sahip. Çarpışan cisimlerle başlayan ve Leibniz’in dilimize “yaşayan güç” olarak çevrilen yaklaşımı düşünce dünyasının göbeğine “enerji” kavramını yerleştirdi. Başlığımızın dışına taşarak bu hamlenin felsefenin yeni çağını müjdelediğini belirtmeliyim. Elbette özne felsefe olunca problemi yalın bir eşitliğe indirgemek düşünülemezdi. Bu büyük dehanın monatlarını şimdilik geleneğin komplikasyonlarından birisi olarak alıp yolumuza devam edelim.
Yüz yıldan uzun bir dönemin ardından Avusturyalı fizikçi Boltzmann, matematik bir açıklamanın mümkün olabileceğini fark edecekti. Boltzmann, o yıllarda yeni ve henüz yeterince taraftar edinememiş bir görüş (Atom Teorisi) üzerinden taneciklerin hareketlerine eğiliyordu ancak atomik düzeyde neredeyse sayısız kahraman vardı ve film hızla akıyordu. Filmin yavaşlaması olanaksız olduğuna göre (atomların doğası gereği enerji iletimi taneciklerin hareketleri ile ilintilidir) ne yapılabilirdi?
Boltzmann’ın çözümü en az atom teorisi kadar akıl almazdır. Acaba tanecikler, ancak belirli hızlarda ve belirli yönlerde ilerliyor olabilir mi? Bolsman, hareketi vahşi doğadan alıp ehlileştirmişti. Kendisinden çok daha sonra çalışmaları kuantum fiziğinin öncüsü olarak nitelenecek ve ilk varsayımla ilintili olarak Boltzmann, istatistiksel fiziğin de temellerini atacaktır.
Her yönde ve serbestçe çarpışabilen taneciklerle dolu kapalı bir sistem düşünelim (Şekil 2a) Sistemin barındırdığı taneciklerden birisi diğerlerine oranla daha yüksek enerjili ise ne olacaktır? (Şekil 2b)
Aşağıdaki şekilde (Şekil 3a) görüldüğü gibi enerjisi daha yüksek olan taneciğin kendi yakınında olan taneciklerden birisi ile çarpışma olasılığı daha yüksek olacaktır. Elbette bahsi geçen çarpışmanın gerçekleşeceği zaman dilimini kırmızı taneciğimiz tamamıyla tesadüfi olarak çarpışmadan veya daha uzaktaki başka bir taneciğe yönelerek de geçirebilir.
Yüksek enerjili I taneciğinin II, III, IV taneciklerinden birisine çarpma olasılığı V, VI, VII taneciklerinden birisine çarpma olasılığından daha yüksektir. Şimdi daha güçlü olan çarpışma olasılıklarından birisinin (III. tanecik) gerçekleştiğini varsayalım.
Çarpışma gerçekleştikten sonra (çarpışmanın gerçekleştiği zaman diliminde diğer taneciklerin de hareket halinde olduğu unutulmasın) yeni bir dağılım oluşacaktır. Bu yeni dağılımda I taneciğinden III taneciğine enerji aktarılmış ve taneciklerin tamamı yer değiştirmiştir. Başlangıçtaki yüksek enerjili taneciğimiz (-I-) bu ikinci durumda ve daha yüksek bir olasılık ile II, V, VI, VII taneciklerinden birisi ile çarpışacaktır. Özetle başlangıç durumuna dönmek ve I ile III nolu taneciklerin yeniden çarpışma (zamanın geriye doğru akması) olasılığı azalmıştır. Benzeri sistemleri trilyonlarca atom ile kuracak olursak olasılığı ifade için bol miktarda sıfır kullanmamız gerektiği açık. Entropi olarak adlandırılan ve birçok yönü ile bizler için gizemini korumaya devam eden bu basit gerçek nedeni ile zamanın oku ileriye doğru yol alır.
Hazırlayan:
Yorumlar
Yorum Gönder