Entropi nedir? - Jeff Phillips

Dersin tamamı: http://ed.ted.com/lessons/what-is-entropy-jeff-phillips

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. Jeff Phillips entropi hakkında kısa ve öz bir açıklama sunuyor.

Ders: Jeff Phillips, animasyon: Provincia Studio.

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.