bir fizikçinin 7 yaşındaki kızına hikayesi

“Baba, araba neden çalışmıyor?” diye sordu Alicia, anahtarı kontakta defalarca çevirirken, kim sabırsızlanmaya başladı, ama başaramadım.

“Bilmiyorum tatlım. Korkarım okula geç kalacaksın…

“…yine,” diye mırıldandı Alicia, bitirmeye cesaret edemediğim cümleyi tamamlayarak.

Ve öğretmeni Bayan Hearts’ın çok sinirli bir hali vardı. Öyle bir bakışı vardı ki, elinden gelse oğluyla derse geç kalmaya cüret eden her babanın kafasına sıçardı. O acımasız gözlerle tekrar yüzleşmek zorunda kalacağım düşüncesiyle ürperdim.

Motor nasıl çalışır? diye devam etti Alicia, merakın o kadar karşı konulamaz olduğu ve dünyanın tüm gizemlerini bir çırpıda ortaya çıkarmak istediği çağa giriyor.

Arabayı çalıştırmaya yönelik başarısız girişimlerden bitkin düşmüş ve Miss Hearts ile amansız kaderime terk edilmişken, elimi kontaktan çektim ve Alicia’nın bilgi arzusunu tatmin etmeye başladım.

“Bu bir ısı motoru çünkü ısıdan enerji çıkarıyor,” diye açıkladım.

– Ne ısısı? diye sordu.

– Geçen gün benzin almaya gittiğimizi hatırlıyor musun? Alice kabul etti. Benzin, kimyasal enerji depolayan bir bileşiktir. Motora enjekte edildiğinde küçük bir patlama meydana gelir…

Alicia’nın yüzü bembeyaz oldu.

Endişelenme, kontrollü bir patlama, tamamen güvenli. Bu patlama, benzinin aşırı derecede ısınmasına, yaklaşık 2.000 ℃’ye (Alice’in ağzı bir balon gibi açıldı) neden olur ve bu yoğun ısının bir kısmı, tekerleklerin dönmesini sağlayan hareket enerjisine dönüşür.

Ve sonra hareket ediyoruz! Alice haykırdı.

“Motoru çalıştırmayı becerebilseydim…” Teslim olmuş bir havayla cevap verdim.

-Ama baba neden “part” dedin? Peki ya ısının geri kalanı?

Alicia zaten bilimsel yolları gösteriyordu çünkü doğru soruları nasıl soracağını biliyordu.

–Kalan egzoz borusundan atılır. Ne yazık ki, her şeyden yararlanamıyoruz.

-Çünkü?

–Bir ısı motorunun üretebileceği yararlı enerji miktarına bir sınır koyan termodinamiğin ikinci yasası nedeniyle.

Carnot bariyeri

Bu engele Carnot limiti denir. Diyelim ki motor dışındaki sıcaklık 20 ⁰ C. O halde benzinli motorumuz için Carnot limiti 0,87 yani her 100 birim ısı enerjisinin sadece 87’si kullanılabiliyor.

Alicia’nın yüzü üzgündü.

–Okulda bize iklim değişikliğini anlattılar ve enerjiyi israf etmememizi istediler” dedi.

Daha da kötü haberlerim var. Motor parçalarının sürtünmesi, her zaman kusurlu olan ısı yalıtımı ve diğer kayıplara neden olan faktörleri hesaba katarsak, gerçek bir motorun verimi Carnot sınırının oldukça altındadır.

Aniden küçük kırmızı bir ışık beynimi aydınlattığında Alicia ağlamak üzereydi.

“Eğer…” diye başladım.

Alicia buğulu gözlerle bana baktı.

“Eğer bir şeytan yerleştirmezsek,” dedim muzaffer bir edayla.

Zavallı Alicia artık gözlerini ve ağzını açamıyordu.

“Merhaba,” diye kekeledi.

“Bak,” diye açıkladım, “sıcak bir nesneyle soğuk bir nesneyi temas ettirdiğinizi hayal edin. Isı hangi yöne gidecek, sıcaktan soğuğa mı yoksa soğuktan sıcağa mı?

Alicia, “Sıcak, soğuğa sıcaklık verir,” diye yanıtladı.

-Bire bir aynı. Bu da termodinamiğin ikinci yasasının bir sonucudur. Daha enerjik olan daha sıcak parçacıklar kendiliğinden enerjilerini daha soğuk olanlara aktarırlar. Şimdi, iki yüzyıl önce Maxwell adında bir fizikçi, eğer bir şeytan tüm parçacıkların enerji durumunu bilirse, o zaman artık soğuktan sıcak nesneye gidecek olan ısı transferini tersine çevirebileceğini keşfetti. Bir ısı motoru üzerinde hareket eden aynı Maxwell şeytanının Carnot bariyerini aşabileceği ortaya çıktı.

-Canlı! Alicia şiddetle ellerini çırpıyordu; aniden derin bir üzüntüden taşkın bir mutluluğa geçmişti. Ve bir Maxwell şeytanı nasıl yapılır?

Bir Maxwell İthini Nasıl Hayata Geçirirsiniz?

“Kolay değil,” diye yanıtladım biraz kibirli bir ses tonuyla, “ama kısa bir süre önce Balear Adaları Üniversitesi’nde tam da bir imp sayesinde Carnot sınırının üzerinde çalışan bir kuantum motoru keşfettik.

-Gerçekten mi?

-Evet canım. Benzinli değil elektrik motoru ama fark etmez. Bir manyetik alan ve alternatif bir potansiyelin birleşik eylemiyle enerji transferini yeniden yönlendirmeyi başardık ki…

“Baba,” diye sözünü kesti Alicia, “anlamadığım kelimeler kullanıyorsun.

“Haklısın, üzgünüm. Oynamayı çok sevdiğiniz mıknatısları hatırlıyor musunuz? Önerimizde elektrik akımını istenilen yönde hareket ettiren çok güçlü mıknatıslar kullanılmaktadır. Aynı zamanda evdeki prizlerdekine çok benzer bir voltaj uygulanıyor.

“Şimdi anlıyorum,” diye gülümsedi Alicia. Ve daha az harcamanız için imp’inizi arabaya ne zaman yerleştirebiliriz?

-Pekala, çok düşük sıcaklıklarda çalışan küçük bir cihaz olduğunu unutmayın. Pratik bir uygulama haline gelmesine daha çok araştırma var ama temelleri çoktan atıldı – dedim Alicia’nın gülümsemesine karşılık vererek.

O anda içim o kadar iyimserlikle doldu ki, kontak anahtarını bir kez daha çevirdim ve bu sefer motor sorunsuz çalıştı.

–İblis! Alice haykırdı.

“Elbette isterim,” dedim neşeyle, Maxwell’in şeytanlar diyarında dolaştığımız için gecikmeyi mazur gördüğümde Bayan Hearts’ın tepkisini düşünerek.