Maxwell'in Cini

Düşünce deneylerini çoğumuz biliriz. Düşünce deneylerinin asıl amacı deneyin muhtemel olan sonuçlarını önceden kestirebilmektir.

Çoğumuz “Schrödinger’in Kedisi” isimli düşünce deneyini duymuştur elbette. Ve yine çoğumuz “Maxwell’in Cini” olan düşünce deneyini duymamış olabilir. İtiraf etmeliyim ki bir fizikçi olmama rağmen bu deneyi üniversite son sınıfımda araştırıp öğrenmiştim.

Termodinamiğin 2. Yasası der ki; termal bir süreçte bir işi ve verilen iç enerjiyi geri döndürmek imkansızdır. Sonsuz bir döngü yoktur. Biliyorum biraz karışık oldu. O nedenle daha kolay anlatabilmek amacıyla şöyle bir örnek verelim. Mesela bir kitap düşünün. Kitap sayfalarıyla birlikte ne kadar da düzenli görünüyor değil mi? Bu kitabı parçaladığımızı düşünelim. Ya toplaması? İşte parçalarken harcadığımız enerjiden daha fazla enerji kullanmamız gerekli ki bu kitabı eski haline getirelim.

James Clerk Maxwell, nam-ı diyar Maxwell, 1867’de, termodinamiğin ikinci yasasının geçerliliğini sorgulamak amacıyla bir düşünce deneyi ortaya koymuştur.

Şimdi bir oda düşünelim. Bu odaya üstten bakalım. Bu oda dikdörtgen ve aralarında sadece bir kapıyla iki odaya bölünen bir yer. Termodinamiğin 2. Yasasına göre aradaki kapıyı istediğimiz kadar açalım kapayalım,  özdeş sıcaklıktaki odalar arasında ısı alışverişi olmaz.

Maxwell demiş ki; bu kapının başında bir cin dursun. Ve bu cinin görevi her iki odadaki gaz moleküllerini gözlemlesin. A odasından kapıya doğru yüksek bir hızla gelen bir molekül gördüğünde kapıyı açsın ve bu molekülün B odasına girmesini sağlasın ve kapıyı hemen kapatsın. Aynı şekilde B odasından kapıya doğru düşük bir hızla gelen molekülü gördüğü anda kapıyı açsın ve A odasına girmesini sağlasın ve hemen kapıyı kapatsın. Bu şekilde bu cin bu işleme devam etsin ve bütün hızlı moleküllerin B odasına, bütün yavaş moleküllerin A odasına girmesini sağlasın. Zamanla ne olur, B odasında moleküllerin ortalama hızı artar, A odasında ki moleküllerin ortalama hızı azalır.

Bir molekül ne kadar çok hızlanırsa kinetik enerjisi o kadar çok artar ve ısısı artar. Ya da şöyle düşünelim. Kendinizi düşünün. Spor yaptığınız anlarda daha çok ısınırsınız değil mi?  Bunun nedeni vücudumuzdaki moleküllerin daha çok çarpışması ve çarpıştığı için vücudumuzun ısınmasından kaynaklanır. Yani hız ne kadar fazlaysa ısı da o kadar artar. Bu düşünce deneyinde de cin görevini tamamladıktan sonra A odasının sıcaklığı düşer, B odasının sıcaklığı artar.

Burada yeşil olan Maxwell'in cini oluyor. :)

Bu Maxwell’in Cini, termodinamiğin ikinci yasasını ihlal ediyor, daha çok kullanılan bir dille resmen çiğniyor. :)

Bloğuma başlarken neden Maxwell’İn Cini ismini koyduğumu, bunun ne demek olduğunu paylaşmak istedim ki sizleri daha çok aydınlatabileyim. Umarım ilginizi çekmiştir.

Eğlenceli Bilimler! :)