Fizika

Maksvellin şeytanı

Want create site? Find Free WordPress Themes and plugins.

Düşüncə təcrübələrini çoxumuz bilirik. Düşüncə təcrübələrinin əsas məqsədi təcrübənin mümkün olan nəticələrini əvvəlcədən bilə bilməkdir. Çoxumuz “Şrödingerin pişiyi” adlı düşüncə təcrübəsini eşitmişik. Ancaq bundan daha az bilinən başqa bir düşüncə təcrübəsi də var. Bu, “Maksvellin şeytanı” adlanır.

Bir elm insanından müasir elmin ən böyük qanunu nədir deyə soruşsanız, böyük ehtimalla sizə termodinamikanın ikinci qanunundan bəhs edəcək.

Bu qanunu əslində hələ orta məktəbədəykən öyrənərik, lakin bizə sadəcə buz dağının görünən hissəsi öyrədildiyi üçün, əsl maraqlı hissədən məhrum qaldıq. Orta məktəbdə öyrədilən məlumat bu idi:

“Qaynar bir çaya soyuq bir qaşıq salsanız, istiliyin istidən soyuğa doğru axması nəticəsində çay ilə qaşığın tempraturu bərabərləşər.”

Yuxarıda yazdığımız kimi, enerjinin istidən soyuğa axdığını hamımız bilirik. Yəni bunda bu qədər böyüdüləcək nə var deyə düşünə bilərsiniz. Lakin bir azdan bu qanunun dərinliklərinə doğru bir səyahət edəcəyik və nə demək istədiyimizi daha yaxşı başa düşəcəksiniz.

Maksvellin şeytanı

İçində hava olan iki qutu düşünək. Bu qutular bir-birilərindən aralarındakı divar ilə tamamilə izolasiya olunublar. Bu aradakı divarda bir qapı var. Bu qapı, bir molekul yaxınlaşanda sürətlə açılır və molekul digər qutuya keçən anda bağlanır. Belə bir qutu, bizim üçün hal-hazırda çox bir şey ifadə etmir. Eyni şəkildə, sürətli molekullar yenə bir-birilərinin tərəfinə keçəcək və istilik balansı, istidən soyuğa axaraq təmin olunacaq.

İndi, ağlımızda yaratdığımız qutunun başına bir şeytan yerləşdirək. Bu şeytan, havadakı molekulların hamısını görə biləcək qədər iti bir gözə sahibdir. Bir molekul qapağa yaxınlaşanda, bu şeytanımız işə qarışır. Şeytan, sol qutudan sağ qutuya gələn molekullardan, sadəcə sürətli gedənlərə qapını açır və sağdan sola gələn molekullardan da, sadəcə yavaş gedənlərə qapını açır.

Maksvellin şeytanının sxematik təsviri.

Bəs, nəticədə nə olacaq? Sadə bir məntiq ilə, sürətli gedənlərin bir tərəfdə, yavaş gedənlərin də digər tərəfdə toplanacağını deyə bilərik. Burada maraqlı nə var deyə düşünürsünüzsə oxumağa davam edin.

Termodinamika qanunları

Termodinamika qanunları ilə bağlı ətraflı bu yazıdan oxuya bilərsiniz. Bu qanunlar enerji və istilik ilə bağlıdır. Bizi indi əsas maraqlandıran ikinci qanundur.

Birinci qanun; enerjinin bir növdən digərinə çevrilə biləcəyini, yer dəyişdirə biləcəyini, ancaq heç vaxt yox edilə bilməyəcəyini və ya yaradıla bilməyəcəyini deyir. Çoxumuzun bildiyi bu fakt, əslində çox dərin mövzulara qapı açar. Bu ilk qanun, ikinci qanunun əsasını təşkil edir.

İkinci qanun isə, qapalı sistemdəki ümumi entropiyanın hər zaman artacağını ifadə edir. İsti suya buz atanda, buzun niyə amansızca əridiyini bu qanun izah edir. Çünki, istilik həmişə isti sudan soyuq buza doğru hərəkət edəcək, tərs istiqamətdə deyil. Bu qanunun mahiyyəti budur ki, qapalı sistemdə baş verən bütün istilik prosesləri üçün entropiyanın artması zəruridir, qapalı sistemin entropiyasının mümkün maksimum qiyməti (kəmiyyəti) istilik tarazlığında əldə olunur.

Lakin bu yerdə mövzunu daha yaxşı başa düşmək üçün entropiya anlayışından bəhs etməliyik.

Entropiya

Əgər əsas ixtisasınız fizika deyilsə, entropiyanı başa düşməyiniz çox çətin ola bilər (həvəskarlar xaric). Çünki, entropiya vəziyyətlərə görə dəyişkənlik göstərən, çox geniş bir anlayışdır. Bir şeyi izah etməyin ən yaxşı yolu ona aid misallar göstərməkdir. Buna görə misal verərək davam edək. Sıra ilə düzülmüş bir oyun kartı dəstəsi düşünün. Oyun kartları mağazadan alınanda sizə nizamlı bir şəkildə gəlir. Bu halda kartların entropiyası minimumdur. Çünki entropiya dediyimiz şey, nizamsızlığın ölçüsüdür. Bir şeyin ilk halı, eyni zamanda o şeyin nizamlı halı olaraq qəbul edilir. Bu səbəbdən kartların ilk halda entropiyası minimumdur.

Amma oyuna başlayanda kartlar paylanır və o nizamlı hal birdən pozulur. Oyunda kartlar bir-birinin içinə keçər və hər kart fərqli yerlərə sürüşər. Bu hal, entropiyanın artdığı haldır.

Yaxşı, kart oynamağa devam edək. Oyun oynamağa devam etdik, etdik, etdik. Sizcə ən sonda kartlar yığılanda kart düzülüşünün ilk düzülüş ilə eyni olma ehtimalı nədir? Bu ehtimal, sizi beyninizin dərinliklərində bir səyahətə çıxara bilər, amma dayanın. Sizə deyə biləcəyimiz ən dəqiq şey, bunun demək olar mümkünsüz olduğudur.

Termodinamikanın ikinci qanunu bunu nəzərdə tutur. Kainatı oyun kartları kimi düşünmənizi və kainat var olduqca, entropiyasının artacağını deyir. Hətta zaman anlayışını da bu işin içinə qata bilərik. Zamanın axış istiqamətini, entropiyanın artdığı istiqamət olaraq ifadə etsək, bu səhv olmaz.

Yəqin ki, ağlınızda müəyyən bir ön fikir yarandı. Elə isə bu öyrəndiklərimizi Maksvellin şeytanı ilə müqayisə edək. Maksvellin şeytanı dediyimiz şeytan, hər molekulun xüsusiyyətlərini görə biləcək iti bir gözə sahib idi və beləliklə sürətli molekulları bir tərəfə, yavaş molekulları digər tərəfə yığdı. Bu nə deməkdir? Entropinin azalması. Elə isə, fizikanın bu qədər dəyərli bir qanunu çürüdülmüş oldu? Vəziyyətin nə olduğu yavaş-yavaş bəlli olmağa başlayır. Gəlin birlikdə bu iddiaya baxaq.

Leo Szilard

Ağlımızı qarışdıran və bildiklərimizi soruğulamağımıza səbəb olan bu paradoksun həllini tapan adamla tanış olun: Leo Szilard.

Leo Szilard, Macar əsilli bir ixtiraçıdır. Çox böyük kəşflərindən bir neçəsini göstərmək üçün elektron mikroskobunu və xətti zərrəcik sürətləndiricisi kimi möhtəşəm işlərə imza atdığını demək kifayət edər hər halda. Bu çalışqan insan, 1929-cu ildə elm dünyasını silkələyən bir məqalə yayımladı. Məqalənin adı, “Ağıllı varlıqların müdaxiləsi ilə bir termodinamik sistemdəki ümumi entropiyanın azalması barəsində” idi.

Məqalənin başlığından məzmunun nə ilə bağlı olduğu çox açıq başa düşülür. Onda elə indicə Szilard-ın beyninə bir səyahətə çıxaq.

Qutuların hər birinə yüz ədəd molekulu təsadüfi olaraq yerləşdirək. Hər iki qutudakı ortalama tempratur da eyni olsun. Şeytanımızı qutuların başına yerləşdirək. Şeytan sol qutudakı 50 sürətli molekul sağ qutuya, sağ qutudakı 50 yavaş molekulu isə sol qutuya keçirir. Bunu edərkən qapını 100 dəfə açıb-bağlayır. Ağlınıza gəlmiş ola bilər, bu şeytan qapını açıb-bağlayanda enerji istifadə etmirmi? Bəli, şeytanın bu qapını açıb-bağlayarkən istifadə etdiyi enerji, nə qədər az olsa da, entropiyanı aşağı salmağın bədəlidir. Amma bir dəqiqə. Bu qapını açıb-bağlamaq üçün nə lazım idi? Sadəcə enerji yetərlidirmi?

Bilmək. Cavab bu idi. Bilməyin də bir enerjisi var idi.

Şeytanın qapını açıb-bağlaması üçün molekulların xüsusiyyətlərini bilməsinə ehtiyac var idi. Şeytan molekulların sürətini hesablayacaqdı və bu hesablama zamanı da enerji xərcləməyə məcbur idi. Beləliklə qutuda artan entropiyanı balanslaşdırmış oluruq. Məsələnin cavabı bu idi, bilməyin enerjisi.

İstinadlar və əlavə oxuma üçün mənbələr:

1. Leo Szilardın məqaləsi

2. Carl Sagan – Milyardlarla və Milyardlarla

3. Stiven Hokinq – Zamanın Qısa Tarixi

4. Termodinamika və 3 qanunu

Əgər məqalələrimizdə qrammatik və orfoqrafik xətalar varsa, lütfən, xətalı qismi işarələyib Ctrl+Enter klaviş kombinasiyasından istifadə edərək bizə bildirin.

Did you find apk for android? You can find new Free Android Games and apps.
Etiketlər
Davamını oxu

Fərdin Şıxıyev

Yaşıl Elm yazarıyam, “Eötvös Lorand” universitetində Kompüter Elmləri üzrə bakalavr təhsili alıram.

Əlaqəli məqalələr

Bir cavab yazın

Sizin e-poçt ünvanınız dərc edilməyəcəkdir.

Buna da nəzər salın

Close
Close

Spelling error report

The following text will be sent to our editors: