Kimya ve fizik için büyük önem taşıyan bir kavram var.
Bu kavram, fiziksel süreçlerin neden bir yönde ilerlerken,
ters yönde ilerlemediğini açıklıyor: Buzun erime nedenini,
kremanın kahvede dağılma nedenini,
patlak bir lastikten hava kaçmasının nedenini.
Bu kavram entropidir ve kavranmasının güç olması ile ünlenmiştir.
Entropi genellikle, düzensizliğin bir ölçüsü olarak tanımlanır.
Bu, kullanışlı bir tasvirdir; fakat ne yazık ki yanıltıcıdır.
Örneğin, hangisi daha düzensiz:
Bir kâse parçalanmış buz mu, yoksa bir bardak oda sıcaklığında su mu?
Birçok insan buz cevabını verecektir,
ama aslında buzun entropisi daha düşüktür.
Şimdi bunu başka bir şekilde, olasılık yönünden düşünelim.
Bunu anlaması daha karışık olabilir, ama özümsemek için zaman ayırın.
Böylelikle entropiyi daha iyi anlamış olursunuz.
Her biri 6 atomik bağdan oluşan
iki küçük katı cisim düşünün.
Bu modelde, katı cisimlerin her birindeki enerji bağlarda depolanmıştır.
Bunlar, kuanta denilen bölünemez enerji birimlerini taşıyan
basit kaplar olarak düşünülebilir.
Bir katı ne kadar enerjili ise, o kadar sıcaktır.
Enerjinin iki katı cisme dağıtılabileceği
ve yine de cisimlerin her birinde aynı toplam enerjinin olabileceği
sayısız yol bulunduğu anlaşılmıştır.
Bu seçeneklerden her birine mikrodurum denir.
A katısında 6 enerji kuantası ve B katısında 2 enerji kuantası
olması durumunda, 9702 mikrodurum bulunacaktır.
Elbette, bu 8 kuantalık enerjinin düzenlenebileceği başka yollar da var.
Örneğin tüm enerji A katısında iken, B katısında hiç enerji olmayabilir
veya yarısı A'da, yarısı B'de olabilir.
Mikrodurumların her birinin eşitçe olası olduğunu varsayarsak,
enerji konfigürasyonlarından bazılarının gerçekleşme olasılığının
diğerlerinden daha yüksek olduğunu görebiliriz.
Bu, onların daha fazla mikrodurumla gerçekleşebiliyor olmalarına bağlıdır.
Entropi, her bir enerji konfigürasyonunun olasılığının doğrudan ölçüsüdür .
Şunu görüyoruz ki, enerjinin katı cisimler arasında
en dağınık durumda olduğu konfigürasyon,
en yüksek entropiye sahip oluyor.
Öyleyse genel anlamda entropi,
bu enerji dağılımının bir ölçüsü olarak düşünülebilir.
Düşük entropi, enerjinin yoğunlaştığı anlamına gelir.
Yüksek entropi, enerjinin dağınıklaştığı anlamına gelir.
Entropinin doğal süreçleri açıklamada -sıcak cisimlerinin soğuması gibi-
neden yararlı olduğunu görmek için,
enerjinin hareket ettiği dinamik bir sisteme bakmamız gerekir.
Gerçekte, enerji sabit durmaz.
Devamlı olarak, komşu bağlar arasında hareket eder.
Enerji hareket ettikçe,
enerji konfigürasyonu değişebilir.
Mikrodurumların dağılımından dolayı,
sistem ileride %21 olasılıkla
enerjinin en fazla dağınık olduğu konfigürasyonda olacak,
%13 olasılıkla başlangıç durumuna dönecek
ve %8 olasılıkla A gerçekten enerji kazanacaktır.
Yine şunu görüyoruz ki, dağılmış enerjiye ve yüksek entropiye sahip olma yolları,
yoğunlaşmış enerjiye sahip olma yollarından daha fazla olduğu için,
enerji dağınık olmaya eğilimlidir.
Sıcak bir cismin yanına soğuk bir cisim koyunca,
sıcağın soğuyup, soğuğun ısınmasının nedeni budur.
Fakat bu örnekte bile,
%8 olasılıkla sıcak cisim daha da ısınabilir.
Peki neden gerçek hayatta bu asla olmaz?
Bu tamamen sistemin büyüklüğüyle ilgilidir.
Bizim varsayımsal katılarımız sadece altışar bağa sahiptiler.
Şimdi katıları 6.000 bağa ve 8.000 enerji birimine yükseltelim.
Sistemi, enerjinin dörtte biri A'da, dörtte biri B'de iken başlatalım.
A'nın kendiliğinden daha fazla enerji kazanma olasılığının,
işte bu küçük sayı kadar olduğunu buluruz.
Her gün gördüğümüz tanıdık nesnelerde, bundan çok daha fazla parçacık vardır.
Gerçek dünyada, sıcak bir nesnenin
daha da ısınma olasılığı o derece küçüktür ki, hiç gerçekleşmez.
Buz erir, krema kahveye karışır ve lastik söner;
çünkü bu durumlar, başlangıca göre daha dağınık enerjilidirler.
Sistemi yüksek entropiye sürükleyen gizemli güçler yoktur.
Sadece yüksek entropi her zaman istatistiksel olarak daha olasıdır.
Bu yüzden entropiye zamanın oku denmiştir.
Eğer enerji dağılma fırsatı bulursa, dağılacaktır.