Orjinal adı “Maxwell’s Demon” olan Maxwell’in Cini, James Clerk Maxwell tarafından oluşturulan bir düşünsel deneydir. Bu düşünsel deney, tamamı ile Termodinamiğin ikinci yasasına aykırıdır. Dilerseniz, Maxwell’in Cini’ni ele almadan önce, Termodinamiğin ikinci yasasına kısaca değinelim.
Termodinamiğin ikinci yasasının temeli, 1824 yılında, Fransız bilim adamı olan Sadı Carnot tarafından atılmıştır. Sadı Carnot tarafından oluşturulan ilk bilgiler, yalnızca yatay doğrultuda ve sürtünmesiz ortamlarda geçerlilik kazanmıştır.
Alman bilim adamı Rudalf Clausius, termodinamiğin ikinci yasasını 1850 yılında oluşturmuştur. Oluşturduğu bu yasanın açıklaması ise “Clausius ifadesi” olarak bilinir. Clausius ifadesi: Isı hiçbir zaman, doğal şartlar altında, soğuk bir cisimden sıcak bir cisme geçiş yapamaz.” şeklindedir. Bu ifadeye en iyi örnek ise evlerde kullanılan buzdolabı olarak gösterilebilir.
“Clausius ifadesi”nden de anlaşılacağı üzere, termodinamiğin ikinci yasasını genel bir şekilde ifade edecek olursak: Isı, doğal şartlar altındayken, sıcak bir cisimden soğuk bir cisme geçiş yapar ve bu olay ısıl denge sağlanana kadar devam eder.
Termodinamiğin bu yasasının en büyük odak noktası ise “entropi”dir. Entropi: Maddelerin düzensizliğe karşı gösterdiği ilgi olarak ifade edilebilir. Yani bir madde ne kadar düzensiz ise entropisi de o kadar yüksektir. Bu duruma örnek olarak, aralarında ısı alışverişi olan iki cisim gösterilebilir. Bu cisimlerin arasında ısı alışverişi olduğundan dolayı entropileri pozitiftir ve gittikçe düzensiz bir hal almaya başlarlar.
Maxwellin Cini Deneyi
Maxwell bu düşünsel deneyinde, birbirinden bir kapı ile ayrılan iki oda hayal etmiştir. Bu odalar, aralarındaki kapı hariç olmak üzere tamamen izoledir ve bu odaları kontrol etmek üzere orada bulunan, aynı zamanda da entropi uzmanı olan ve molekülleri gözlemleyebilen bir cin bulunmaktadır.
Cinin görevi ise, A odasından B odasına geçmek için kapıya yaklaşan ve ortalama hızın -sıcaklık- üzerinde bir hıza sahip olan- yüksek sıcaklık değerine sahip – molekülü, aradaki kapıyı açarak B odasına almaktır. Aynı şekilde, B odası içerisinde bulunan ve ortalama hızın altında -düşük sıcaklık- olan molekülleri A odasına geçirmeyi amaçlar. Tüm bu işlemlerin sonucunda ise A odasında yüksek sıcaklıklı moleküller; B odasında ise düşük sıcaklık değerine sahip moleküller toplanmıştır. Bu şekilde de A odasının sıcaklığı düşmüş; B odasının sıcaklığı ise artmıştır. Bu durum, yazının başında kısaca değindiğimiz, termodinamiğin ikinci yasasına tamamen aykırıdır.
Maxwell’in Cini adlı düşünsel deney için birçok bilim insanının itiraz ve eleştirileri olmuştur. Bunlardan en önemlilerini irdeleyecek olursak;
- İlk eleştiri, 1929 yılında, Leó Szilárd tarafından yapılmıştır. Bu eleştiri ile odaları kontrol eden cinin, moleküllerinin hızlarını gözlemlerken ve bu hız bilgilerini öğrenirken entropi oluşturduğu, bu entropinin de, deneyin genelinde yok sayılan entropiye eşit olabileceği belirtilmiştir.
- Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi‘ne göre, taneciklerin hız ve konum bilgilerine kesin bir şekilde ulaşmanın bir yolu yoktur; ayrıca, bir taneciğin hız bilgisine “kısmen” ulaşıldığında, enerji ve konumunda değişiklikler meydana gelir.
- Bir diğer itiraz da 1982 yılında Charles Bennett tarafından yapıldı. Yapılan bu itiraza göre cinin, taneciklerin hız, konum ve enerji gibi bilgilerini zamanla depoladıkça belleğinde yer kalmayacağı, yeni bilgileri depolayabilmek için eski bilgileri silmesi gerektiği ve bunun da entropi üreteceği belirtilerek, Maxwell’in Cini adlı düşünsel deneyin, termodinamiğin ikinci yasasını yok sayamayacağı gösterilmiştir.
Termodinamiğin ikinci yasasının önemini tarih boyunca, Albert Einstein başta olmak üzere birçok önemli bilim insanı vurgulamıştır. Maxwell’in Cini ise düşünsel bir deney olmasına rağmen, uzun yıllar boyunca insanların cevap aradıkları bir düşünsel deney olmuştur.
Umarız ki yine bu şekilde olan deneyler ve fikirler ile karşılaşırız.