Buradasınız:Anasayfa » Bilgi Kütüphanesi » Maxwell’in Şeytanı

Maxwell’in Şeytanı

Termodinamiğin ikinci yasasını çiğnemek mümkün mü?

Bilimde kurguda olduğu gibi fantastik karakterler de var. Belki de çoğu termodinamiğin ikinci yasasını tartışma sürecinde kurgulanmıştır . Bunlardan en popüler olanı, ünlü Maxwell denklemleri sisteminin yazarı James Clerk Maxwell tarafından icat edilen Maxwell iblisiydi.Bu tamamen elektromanyetik alanları açıklar. Termodinamiğin ikinci yasası (veya yasası), fiziksel anlamı aynı olmak üzere birçok formülasyona sahiptir: izole edilmiş bir sistem kendiliğinden daha az düzenli bir durumdan daha düzenli bir düzene geçemez. Bu nedenle, farklı hızlarda hareket eden moleküllerden oluşan bir gaz kendiliğinden iki parçaya bölünemez, bunlardan biri moleküllerin toplanacak, ortalama, ortalama istatistiksel hızdan daha hızlı ve diğerinde daha yavaş – toplanacak.

Birçok fiziksel işlem geri dönüşümlüdür.Örneğin su dondurulabilir ve elde edilen buz tekrar erir ve suyu aynı hacim ve koşulda alırız; demir mıknatıslanabilir ve ardından manyetikten arındırılabilir, vb. Aynı zamanda, sürecin ilk ve son noktasında sistemin entropisi (düzen derecesi) değişmeden kalır. Termodinamik anlamada yanma, kimyasal reaksiyonlar, vb. Geri dönüşü olmayan süreçler vardır. Bu, termodinamiğin ikinci yasasına göre, herhangi bir işlem sonuçta korumaya veya sistemin düzeninin derecesinde bir azalmaya yol açar. Bu uyumsuz durum, XIX yüzyılın ikinci yarısının fizikçilerine büyük ölçüde şaşırttı ve sonra Maxwell, termodinamiğin ikinci yasasını geçip, kaosun kapalı bir sistemde istikrarlı büyümesini tersine çevirecek paradoksal bir çözüm önerdi. Aşağıdaki “düşünce deneyini” önerdi: Bir gaz atomunun büyüklüğünde tek bir kapı bulunan, gaz sızdırmaz bir bölmeyle ikiye bölünmüş kapalı bir kap düşünün. Deneyin başında, kabın üst kısmında gaz ve alt kısmında tam bir vakum vardır.

Şimdi, titizlikle molekülleri izleyen mikroskobik bir bekçinin kapıya bağlı olduğunu hayal edin. Hızlı molekülleri açmak için kapıyı açar ve bölmeden geçerek kabın alt yarısına geçmelerini sağlar ve yavaş olanları üst yarıda bırakır. Eğer böyle bir mini bekçinin kapıda uzun süre görev yapması durumunda, gazın iki yarıya bölüneceği açıktır: yavaş parçalardan oluşan soğuk bir gazın üst kısımda kalacağı ve alt kısımda sıcak moleküllerden oluşan hızlı bir gazın birikeceği açıktır. Böylece, sistem ilk durumla kıyaslandığında sipariş edilecek ve termodinamiğin ikinci yasası ihlal edilecektir. Ayrıca, sıcaklık farkı iş elde etmek için kullanılabilir.

Böyle bir hademe’yi sonsuza dek görevde bırakırsak (veya vardiya görevini ayarlarsak),sürekli hareket makinesi .

Bilim adamının esprili bilim insanları tarafından “Maxwell’in iblis” olarak adlandırılan bu komik bekçi, hala bilimsel folklorda yaşıyor ve bilim insanlarının kafasını heyecanlandırıyor. Gerçekten de, sürekli hareket makinesi insanlığa zarar vermeyecek, fakat sorun şu ki: görünüşe göre, Maxwell’in şeytanının çalışması için kendisinin yaklaşmakta olan molekülleri aydınlatmak ve onları elemek için gerekli olan bir fotonlar akışı şeklinde iktidara ihtiyacı olacak. Ek olarak, moleküllerin elenmesi, iblis ve kapı onlarla etkileşime giremez, bunun sonucu olarak kendilerinden sürekli ısı enerjisi alırlar ve entropisini arttırırlar, bunun sonucunda sistemin toplam entropisi bir şekilde azalmaz. Yani, termodinamiğin ikinci yasasına teorik tehdidin açıklaması, koşulsuz olarak verildi.

İlk gerçekten zorlayıcı karşı argüman, kuantum mekaniğinin doğumundan kısa bir süre sonra formüle edildi . Yaklaşan molekülleri sıralamak için şeytanın hızını ölçmesi gerekir ve Heisenberg belirsizlik ilkesi nedeniyle yeterli doğrulukta yapamaz . Ek olarak, aynı prensipten dolayı, uzayda bir molekülün yerini tam olarak belirleyemez ve önündeki mikroskobik kapıyı açtığı bazı moleküllerin kapısını bu kapıyla açması gerekir. Başka bir deyişle, Maxwell’in şeytanı, kendi yasalarına göre yaşayan, mikro dünyadaki bir çin dükkanında, makroskopik bir fil olduğu ortaya çıkıyor. Şeytanı kuantum mekaniğinin yasalarına uygun hale getirin ve gaz moleküllerini sıralayamayacak ve sadece termodinamiğin ikinci yasasına tehdit oluşturmayacak.

Bir iblis bekçisi olma olasılığına karşı bir başka güçlü argüman zaten bilgisayar çağında ortaya çıktı. Maxwell’in iblisinin bir kapının açılmasını kontrol etmek için bilgisayarlı bir otomatik sistem olduğunu varsayalım. Sistem yaklaşan moleküllerin hızı ve koordinatları hakkında gelen bilgilerin bitsel olarak işlemesini gerçekleştirir. Bir molekülü kaçırmış veya reddetmişse, sistem önceki sipariş edilen bilgiyi sıfırlamalıdır – ve bu, bir molekül geçtiğinde veya reddedildiğinde, bilgisayar daemonunun belleğinden silindiği hakkında gazın düzene sokulması sonucunda entropi azalmasına eşit miktarda bir miktarla eşittir. Üstelik bilgisayarın kendisi de ısıtılır, böylece bir gaz haznesi ve otomatik bir sistemden oluşan kapalı bir sistemde böyle bir modelde, entropi azalmaz,

Şeytan için üzgünüm – güzel bir karakterdi.

James Clerk Maxwell, XIX yüzyılın ikinci yarısının teorik fizikçisi olan elektromanyetik ve moleküler kinetik teorinin gelişimine büyük katkı sağlamıştır.

Yazar Hakkında

Yazılar sayısı : 79

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *

11.087 Spam Comments Blocked so far by Spam Free Wordpress

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Üstüne gidin