Başlangıçta termodinamik, ısının ve onun hareket üretme potansiyelinin incelenmesiydi. Daha sonra enerji ve onun bir biçimden diğerine dönüşümüyle ilgili daha geniş bir konuyla birleşti. Zamanla termodinamik, genel olarak maddenin hâllerinin dönüşümlerini açıklayan bir teoriye dönüştü; ısıdan kaynaklanan hareket ise bu dönüşümlerin özel bir sonucu olarak görüldü. Bu teori temelde iki yasaya dayanır: Biri enerjiyle, diğeri entropiyle ilgilidir.
Her sistem bir enerjiye ve bir entropiye sahiptir. Madde bir hâlden diğerine dönüştüğünde, sistem ve çevresindeki toplam enerji korunur; toplam entropi ise yalnızca artabilir veya ideal durumlarda değişmeden kalabilir. Basit gibi görünen bu iki ifade, çok geniş sonuçlar doğurur. Max Planck (1858–1947), bunlardan çıkarılabilecek sonuçların kapsamından derinden etkilenmiş ve zamanının büyük bölümünü termodinamiğin incelenmesine adamıştır.
Albert Einstein (1879–1955) ise sıkça alıntılanan şu sözü ile termodinamiğin eski zamanlarını (19. yüzyıl) anlatmıştır:
“Bir teori, varsayımlarının yalınlığı ne kadar büyükse, ilişkilendirdiği farklı şeyler ne kadar çeşitli ise ve uygulanabilirlik alanı ne kadar genişse o kadar etkileyicidir. Bu nedenle klasik termodinamiğin üzerimde bıraktığı derin etki, temel kavramlarının uygulanabilirliği çerçevesinde asla çürütülemeyeceğine ikna olduğum evrensel içerikli tek fizik teorisidir.”[1]
On dokuzuncu yüzyılın termodinamiği, Planck ve Einstein’ı böylesine etkileyen hâliyle, termodinamik dengedeki durağan sistemleri tanımlıyordu. Bir sistem bir denge hâlinden diğerine evrildiğinde başlangıç ve son entropileri hesaplamak üzere formüle edilmişti. Bu “Klasik Termodinamik”te doğal süreçler (kimyasal reaksiyonlar, ısı iletimi gibi) ile entropinin değişim hızı arasında doğrudan bir ilişki yoktu. Yirminci yüzyılda Lars Onsager (1903–1976), Ilya Prigogine (1917–2003) ve diğerleri klasik termodinamiğin biçimsel yapısını genişleterek entropi değişim hızını kimyasal reaksiyonlar ve ısı iletimi gibi süreçlerin hızlarıyla ilişkilendirdiler.
Termodinamik, yalnızca denge durumlarının teorisi değil, tersinemez süreçlerin de teorisidir. Entropi değişim hızlarını hesaplamaya olanak sağlayan bir biçimsel yapıyla donanmış olan Modern Termodinamik, doğadaki tersinmez süreçlerin rolüne dair bize yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Mühendislik termodinamiği klasik termodinamik olmak zorunda değildir. Hatta, yirmi birinci yüzyılın bilişim ve yaşam devrimlerinde, olmamak zorundadır. Mühendisler; oluşumlarla ilgili bilgilerini, süreçlerin ilk ve son durumları ile sınırlandırırlarsa, bu süreçlere katkıları, dünyayı korumaları ne kadar başarılı olacaktır?
Yalnızca, makinaları değil; yaşamı da mühendislerin biçimlendirmeye başladığı, makinanın bilişselliğinin yapay zekâ ile gündeme geldiği, patojenlerin yayılmalarının dünyayı alt üst ettiği bir dönemde süreçlerin sanki-dengeli kabülleri mühendisi ne kadar başarılı yapacaktır?
Dengeden çok uzak koşullarda; tersinemez süreçlerin aslında Doğa’da çevremizde gördüğümüz öz-düzenleme (self-organization) ve düzenin itici güçleri olduklarını, ortaya çıkan bu dağılımlı (dissipative) yapıların cansız makinelerden farklılıklarını ve biyolojik organizmaların teorisini termodinamiğin gerçek öğeleri (tersinemez süreçler) olmaksızın kavrayamayız.
Termodinamiğin, yirminci yüzyıl enerji sorunlarının neden olduğu 'ekserji', 'ikinci yasa' vd. kolaycıl yaklaşımlardan arındırılmış biçimde öğrenilmesi, mühendislik öğrencileri için yaşamsal önemdedir.
Yorumlar
Yorum Gönder