Su buharının basıncından yararlanıp bundan “iş” elde etmenin tarihi çok eskilere kadar gidiyor ama tarihin ilk buhar makinesi görece daha yakın zamanda, bir İngiliz mühendis olan Thomas Savery tarafından 1698 yılında icat edildi.

Bu son derece basit bir makineydi, tek işi kömür madenlerinde içeriden biriken suyu dışarı atan bir pompa görevi yapmaktı.

Pistonlu ve bir tekerleği döndüren buhar makinesini 1712’de bir başka İngiliz mühendis Thomas Newcomen geliştirdi. Ama onun makinesini 1764’te mükemmel hale getirip tarihe geçen isim İskoçyalı mühendis James Watt oldu.

Sanayi devrimi adını verdiğimiz, bize modern kapitalizmi getiren icat budur işte. Buhar makinesi.

Bu aynı zamanda, El Cezeri’nin zamanında yaptığı suyun kaldırma gücü, akışkanlığı ve ağırlığıyla çalışan aletlerini saymazsak tarihin ilk robotudur: Kol emeğinin yerine geçmiştir, üretimi hızlandırmıştır çünkü.

Buhar makinası basit bir prensiple çalışır: Bir ısı kaynağı vardır, o ısıyla kazandaki suyu kaynatırsınız, çıkan buharı sıkıştırır bir basınç elde edersiniz ve o basıncın itme gücüyle de iş yaptırırsınız.

Bu makineyi bugün bile kullanıyoruz. Örneğin nükleer santrallar ve kömür ya dfa doğal gaz yakan termik santrallar bu prensiple çalışır. Suyu kaynatırız, çıkan buharla bir türbini döndürürüz, dönme hareketiyle de elektrik elde ederiz.

Dediğim gibi buhar makineleri 1700’lerde ortaya çıktı ve yaygınlaştı. Onları icat edenler mühendislerdi, bilim insanları değil. Yani mühendisler deneme yanılma yoluyla ve kendi müthiş yaratıcı zekalarıyla bir şey bulmuşlardı ama buldukları şeyin hani bilimsel prensiple çalıştığını bilmiyorlardı.

Bilim bu konuyu neredeyse hemen incelemeye başladı; bu incelemelerin sonunda da hepimizin lise fizik derslerinde öğrendiğimiz termodinamik kanunları çıktı.

Birinci kanun meşhur “enerjinin sakınımı” kuralıdır: Enerji yoktan var edilemez, var olan enerji de yok edilemez, sadece bir şekilden diğerine dönüşür. İşte ısıdan buharın basıncına, oradan da elektriğe, elektrikten de artık her ne yapıyorsanız ona…

İkinci yasa, birinci yasanın bir yetersizliğinden ortaya çıkar: Ever, enerji yoktan var edilemez ve var olan enerji de yok edilemez ama enerji kullanırken bir verim sorunu yaşarız; kullandığımız enerjinin bir bölümü “iş”e dönüşmez. Peki yok da olmayacağına göre ne olur o kayıp enerjiye? 

İşte bu soruya cevap olarak verilen şey ve ortaya atılan kavram, bu haftadan başlayarak birkaç hafta buradaki sohbet konumuzu oluşturacak: Entropi.

1850 yılında Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından ortaya atılan bir kavram olan ‘entropi’ Eski Yunancadan türetilmiş bir kelime. Kelimenin ilk bölümü olan ‘en’ basitçe ‘içinde’ demek. Kelimenin ikinci bölümü olan ‘trop’ ise ‘değişim’ anlamına geliyor.

Böyle konulara amatör bir merakı olan insan olarak neredeyse 40 yıldır entropiden söz ediyorum. Bazen bana soranlar oluyor, “Anlat bize” diyorlar ve anlatmaya hep bu tarihsel kökten, “iş”e dönüşmeyen enerjiden başlıyorum. Bunu duyanlar, “Hay Allah razı olsun, sonunda ne olduğunu anladım” diyorlar. Ben de kızıyorum, “Daha anlamaya başlamadın bile” diyorum.

Bir kısım enerjinin işe dönüşmemesi bir gözlem. Peki neden dönüşmüyor? Ve ne oluyor o enerjiye?

Bilim bir soruya cevap ararken ilk bulduğumuzla yetinmemek, bulduğumuz cevabın olası sonuçları dahil o konudaki her şeyi merak etmek demek.

Terimi bulan isim olan Rudolf Clausius, termodinamiğin ikinci kanununu da söyleyen isim. Bu kanun, “Termal olarak izole edilmiş büyük bir sistemin entropisi hiçbir zaman azalmaz” der. Bu ne demek peki? Çok basitçe şu demek: Isı, daha soğuk bir gövdeden daha sıcak bir gövdeye kendiliğinden akmaz.

Bunu hepimiz gündelik deneyimimizden biliyoruz: Evinizin iç ısısı, sokaktaki ısıdan daha yüksekse, her zaman evinizdeki ısı dışarıya doğru kaçma eğilimindedir, evinizin sıcaklığını sabit tutmak için kaloriferinizi sürekli açık tutarsınız, bu da sizin doğal gaz faturanızı yükseltir. Entropinin bir tanımı bu işte.

Örneğin ben bu yazıyı 27 Nisan Pazar sabahı erken saatlerde yazıyorum ve evimin camından dışarı baktığımda hava oldukça kapalı ve serin. Oysa dün güneşli ve sıcaktı.

Neden bugün böyle hava? “İklim” dediğimiz meteorolojik olayların başlıca sebebi atmosferimizde yaşanan ısı farkları. Dışarıdan bir kaynakla (güneş) ısınan belirli bölgeler, bu ısılarını daha soğuk bölgelere doğru aktarırken oluşan hava akımları rüzgarları ve bölgesel basınç farklarını yaratıyor. Aynı ısı farkı yüzünden yağmur yağıyor veya tersi oluyor, yer yüzünden gökyüzüne su buharı yükseliyor.

Bu da entropi.

Ama keşke entropiyi anlatmak bu kadar basit olsaydı.

Çok daha karmaşık sonuçları var entropinin, gelin onları haftaya konuşmaya devam edelim.