11-05-2025
İsmet Berkan

Entropiye devam: Kışın evlerimizin soğumasıyla zamanın okunun hep geleceği göstermesinin ne ilgisi var?

Entropiye devam: Kışın evlerimizin soğumasıyla zamanın okunun hep geleceği göstermesinin ne ilgisi var?

İstanbul’un seçkin sanat galerisi Nev’in sahibi Haldun Dostoğlu yıllar önce bir sohbette anlatmıştı, hiç aklımdan çıkmadı, kim bilir kaç kere onun gıyabında bu öyküyü anlattım.

Haldun ODTÜ Mimarlık muzunu. Mimar olarak stajını o sıralar hala inşaatı devam eden İskenderun Demir Çelik Fabrikası’nın limanında yapmış.

Limanda o sırada işçiler çelikten yapılma devasa dubalar üretiyor. Yani çelik levhaları birbirine kaynak yapıyorlar.

İskenderun cehennem sıcağı o günlerde. Çelik dubanın içine girip iki çelik parçasını birbirine kaynatmaya çalışan işçi inanılmaz bir sıcakta çalışmak zorunda.

Haldun bu işçilerin neredeyse çırılçıplak, bellerinde bir manav önlüğüyle çalıştıklarını anlatmıştı. Manav önlüğünün bir cebinde kullanacakları kaynak çubukları var; diğer cepse ağzına kadar kırmızı pul biberle dolu.

Ve işçi durup durup bu kırmızı pul biberi avuçluyor, ağzına atıyor ve yiyor.

Neden yapıyor bunu? Sıcakla mücadele için.

Mekanizmayı anlatmaya çalışayım:

Hepimiz biliyoruz, bizim vücut sıcaklığımız 36.6 derece celcius.

Şimdi hem önümüz yaz hem de küresel ısınma var malum, ama yine de bulunduğumuz ortamlarda sıcaklık çoğunlukla 36,6 dereceden daha düşük.

Termodinamik kanunlarından biliyoruz. Isı enerjisi sıcaktan soğuğa doğru akar kural olarak.

Böyle ortamlarda metabolizmamız cildimizden dışarıdaki soğuk ortama akan sıcaklığı dengelemek için çalışır, yani enerji harcar. Vücudumuzdan yayılan ısı genel olarak ortamı ısıtır.

Peki dış ortam 36,6 derecenin üstündeyse ne olur? Vücudumuz o zaman da ters tepki verir, cildimizi serin tutmak için terlemeye başlarız. İşin ilginci vücut bunu yaparken de metabolizmamızı hızlandırmak için enerji harcar, yani ortaya yine ısı enerjisi çıkar.

Kırmızı biber veya acı olan her şey temelde vücudun iç ısısını arttırır, bunu yaparken metabolizmayı hızlandırır, terlemeyi arttırır.

Bizim “acı” kelimesinin İngilizcedeki karşılığının “hot” (sıcak) olması boşuna değildir.

Bugün üçüncü hafta, burada entropi kavramını anlatmaya çalışıyorum. Fizikçiler için entropi, harcanan ama “iş”e dönüşmeyen enerji anlamına geliyor.

Harcanan ama fizikteki anlamıyla “iş”e dönüşmeyen enerji etrafa, giderek de evrene dağılıyor. Böylece evrendeki düzensizlik artıyor. Entropinin bir başka tanımı da bu: Kaosun veya düzensizliğin artması.

Enerjiye verdiğimiz türlü çeşitli isimlerden biri ‘ısı’. Isı her zaman sıcaktan soğuğa doğru akma ve kendi kendini dengelemeye çalışma eğiliminde.

Bu akış tek yönlü. Hiçbir zaman soğuktan sıcağa doğru değil. Evet, kış aylarında dışarının soğuğu eve giriyor ama bu yanlış bir tanımlama; doğrusu içerireki sıcağın dışarı kaçması. Camı açtığınızda, kapıyı açtığınızda, hatta hiçbir yeri açmadığınızda bile eviniz soğur; o yüzden sürekli ısıtmak zorunda kalırsınız.

Camı veya kapıyı açtığınızda mekanizma basit: Sıcak olan havanın basıncı daha yüksektir, çünkü ortamı ısıtmak demek ortamdaki moleküller arasındaki mesafeyi arttırmak ve onların daha enerjik hareket etmesine neden olmak demektir. Kapıyı veya pencereyi açtığınız anda bu daha yüksek basınçlı sıcak hava dışarıdaki daha alçak basınçlı soğuk havayla yer değiştirir. Pencerenin üst kısmından sıcak hava dışarı kaçar, alt kısmından soğuk hava içeri girer.

Kapı pencere kapalıyken sıcaklığın düşmesi biraz daha karmaşık bir mekanizmadır. Soğuğa en yakın, en dış sıralardaki moleküller enerjilerini daha soğuk moleküllere aktararak kaybeder. Eviniz veya odanız böyle molekül molekül, atom atom ısı kaybeder.

Diyebiliriz ki, bu ısı transferi evrendeki en temel “motor”lardan biridir. Dünyamızın bütün iklimi bu ısı transferi mekanizmaları sayesinde var. Rüzgarlar, fırtınalar sıcaklık farklarından ötürü oluşur, denizlerdeki akıntıların sebebi yine sıcaklık farklarıdır.

Evrendeki toz halinde yayılmış atom ve molekülleri yıldız ve gezegenler olarak bir araya getiren mekanizma da sıcaklık farkları sayesinde ateşlenir, sonra kütle çekimi devreye girer.

Makro düzeyde evrendeki her şeyi hareket ettiren güç kütle çekimidir ama mikro düzeye indiğinizde sıcaklık farkları önemli rol oynar.

Adına “zaman” dediğimiz şeyin var olduğunu ve bir de yönünün olduğunu bize söyleyen yegane şey ısının sıcaktan soğuğa akmasıdır. Evet zamanın oku hep geleceği gösterir, çünkü ısı sıcaktan soğuğa doğru akar.

Dev fizikçi Stephen Hawking’in ‘Zamanın Kısa Tarihi’ adlı kitabında verdiği meşhur örneği tekrar edeceğim: Masanın üstünde duran bardak yere düşer ve kırılır. Biz hiçbir zaman yerdeki kırık cam parçalarının toplanıp havalanıp yeniden masanın üzerinde bardak haline geldiğini göremeyiz.

Çünkü ısı sıcaktan soğuğa akar, evrende entropi artar, zamanın oku hep geleceği gösterir, geçmişi değil.

Peki bunun tersi olamaz mı? Evrendeki entropi miktarı azaltılamaz mı? Gelin haftaya bu tuhaf olasılığı konuşalım.

Görünmez olan bir şeyi nasıl görürsünüz?

Görünmez olan bir şeyi nasıl görürsünüz?

Fizik görünmez, hatta görülmesi imkansız şeylerle dolu. Atom altı parçacıkların çoğu onları görmemizi sağlayacak ışık parçacığı fotonla etkileşime girdiğinde gözlemek istediğimizden başka bir şeye dönüşüyor veya görmek istediğimiz yerde olmuyor.

Buna kuantum mekaniğinde “ölçme problemi” deniyor. Ölçmeye çalıştığınız şey ile ölçüm aletleriniz birbiriyle ilişkiye geçiyor ve ölçümü bozuyor çünkü.

Peki görünmez olan bu şeyleri nasıl göreceğiz?

Fizikçiler bu görünmezleri dolaylı yollardan “gözlemenin” her seferinde yaratıcı bir yolunu bulmayı başarıyor.

Bu görünmez şeylerden birinin adı “nötrino.”

Evrende bol miktarda olan, siz bu cümleyi okumayı bitirene kadar yaklaşık 100 bin tanesi vücudunuzun içinden geçip gidecek olan bu minik parçacığı gözlemek için dünya milyarlarca dolar harcıyor. Yerin binlerce metre altında, denizlerin altında, Antarktika’da buzların altında çok pahalı gözlem istasyonları inşa ettik sırf bu minicik şeyi görmek, daha doğrusu o minicik şeyin minicik kütlesini ölçebilmek için.

Nötrinonun kütlesini bilmek önemli; bu sayede karanlık madde ve karanlık enerji bilmecelerini de çözebileceğimizi, evrendeki kayıp maddeyi daha daraltacağımızı varsayıyoruz.

Son olarak Almanya’da bir deney yapıldı. Deneyin yöntemi görünmezin nasıl görünür kılınabileceğine yaratıcı bir örnek.

Üç hidrojenden oluşan ve adına “trityum” denen bir madde var. Trityum o kadar istikrarsız, yani kısa ömürlü bir madde ki çabucak helyuma dönüşüveriyor. Bu dönüşüm sırasında da bir nötronunu (nötrino değil, karıştırmayın) kaybediyor; o nötron bir elektron ve bir anti-nötrino olarak dışarı çıkıyor.

Teorik olarak o dışarı çıkan elektronla anti-nötrinonun ağırlığının (kütlesinin) nötronun ağırlığına eşit olması gerek.

Nötrinoyu ve anti-nötrinoyu gözleyemiyoruz ama elektronlar yeterince büyük, onları dolaylı yoldan gözleyebiliyoruz.

Almanya’da Karlsruhe Institute of Technology’deki bilim insanları KATRIN adı verilen deneylerinde oturdular ve trityumdan çıkan elektronları saydılar. 259 günde tam 36 milyon elektron. Sonra kağıdı kalemi önlerine çekip toplama çıkarma yaptılar ve nötrino için (ve anti-nötrino için) olabilecek en büyük kütleyi buldular: 0.45 elektron volt.

Bu, parçacık fizikçilerin atom altı parçacıklar için kullandığı kütle birimi. Ve bu haliyle nötrinonun kütlesi elektronun kütlesinin milyonda biri kadar.

İşin ilginci daha önce de aynı deneyde, yani KATRIN deneyinde yine nötrinonun sahip olabileceği en yüksek kütle hesaplanmış, o zaman 0,8 elektronvolt bulunmuştu. Şimdi son deney bu kütleyi yarı yarıya azalttı anlayacağınız.

Bilim bir görünmezi daha görünür yaptı.