Doğru bir saatin fiyatı nedir? Entropi, yeni bir çalışma ortaya çıkardı. Entropi – veya düzensizlik – bir saatin her tik tak durumunda oluşur. Şimdi küçük bir saatle çalışan bilim insanları, basit bir ilişki olduğunu kanıtladılar: Bir saat ne kadar doğru çalışırsa, o kadar fazla entropi üretir. Oxford Üniversitesi’nde fizikçi olan ortak yazar Natalia Ares, “Saatinizin daha doğru olmasını istiyorsanız, bunun için ödeme yapmalısınız” dedi. “Zamanı her ölçtüğümüzde, Evrenin entropisini artırıyoruz.”
Zamanda ilerledikçe, termodinamiğin ikinci yasası, bir sistemin entropisinin artması gerektiğini belirtir. “Zamanın oku” olarak bilinen entropi, fizikte zamanı belirli bir yöne gitmek için ayarlayan az sayıdaki niceliklerden biridir – entropinin düşük olduğu geçmişten, yüksek olacağı geleceğe.
Evrende düzensizliğin büyümesine yönelik bu eğilim, malzemeleri ayırmaktansa karıştırmanın neden daha kolay olduğu veya kulaklık kablolarının pantolon ceplerinde neden bu kadar karmaşık bir şekilde birbirine karıştığı gibi birçok şeyi açıklıyor. Entropi, zaman algımıza bu kadar yakından bağlı olan bu büyüyen düzensizlik sayesindedir.
Zaman ve entropi arasındaki bu yakın bağlantı, bilim insanlarını on yıllardır büyüledi. Saatler gibi makineler de çevrelerine yayılan ısı şeklinde entropi üretirler. Fizikçiler, son derece düzenli aralıklarla sıçrayan lazer soğutmalı atomları kullanan bir tür atomik saat olan küçük bir kuantum saatinin, zamanı daha doğru ölçtüğünde daha fazla düzensizlik yarattığını kanıtlayabildiler.
Ancak şimdiye kadar, fikir teoride kulağa hoş gelse bile, daha büyük, mekanik olarak daha karmaşık saatlerin daha doğru olduklarında daha fazla entropi yarattığını kanıtlamak çok zordu. Ares, “Saatler bir şekilde küçük buhar motorları gibidir, zamanı ölçmek için onlara iş vermeniz gerekir,” dedi ve ona göre “iş, saatler gibi mekanik cihazların çalışması için gereken enerji aktarımıdır. “O düzenli tik, tik, tik’i elde etmek için, makineyi çalıştırmanız gerekiyor. Bu, entropi üretimine yatırım yapmanız gerektiği anlamına geliyor.”
Bu fikri test etmek için araştırmacılar, elektrik darbeleriyle titreştikleri iki küçük direk arasına gerilmiş 50 nanometre kalınlığında, 1,5 milimetre uzunluğunda bir zardan oluşan basitleştirilmiş bir saat yaptılar. Ekip, yukarı ve aşağı her esnemeyi bir tik olarak sayarak, daha güçlü elektrik sinyallerinin saati daha düzenli ve doğru bir şekilde tıklattığını, ancak bunun sonucunda sisteme daha fazla ısı ve dolayısıyla daha fazla entropi eklendiğini gösterdi.
Entropi ve doğruluk arasındaki bu ilişkinin bir kuantum saatten çok daha büyük bir cihazda gerçekleştiğini görmek, araştırmacılara bulgularının evrensel olabileceğine dair güven verdi. Belki de saatler herhangi bir entropi üretmeseydi, ileriye doğru hareket ettikleri kadar geriye doğru da çalışma olasılıkları olurdu ve ne kadar çok entropi üretirlerse, teklemelerden ve geriye doğru dalgalanmalardan o kadar fazla korunabilirlerdi..
Ares, “Henüz kesin olarak bilmiyoruz, ancak hem saatimiz hem de kuantum saatleri için bulduğumuz şey, doğruluk ve entropi arasında orantılı bir ilişki olduğu” dedi. “Diğer saatler için her zaman doğrusal bir ilişki olmayabilir, ancak doğruluk termodinamik yasalarıyla sınırlanmış gibi görünüyor.”
Araştırmacılar, gelecekte saatler ve diğer cihazlar tasarlamak için faydalı olmanın yanı sıra, bulgularını, termodinamiğin büyük ölçekli yasalarının minik nano boyutlu cihazlara nasıl uygulanacağının daha fazla araştırılması için zemin hazırlamak olarak görüyorlar.
“Artık bu küçük cihazlar üzerinde çok fazla kontrolümüz var ve onları o kadar hassas bir şekilde ölçebiliyoruz ki, termodinamiği tamamen yeni bir ölçekte yeniden keşfediyoruz.” dedi Ares. “Nano ölçekte Sanayi Devrimi gibi.” Araştırmacılar bulgularını 6 Mayıs’ta Physical Review X dergisinde yayınladılar.
Deniz Bora Ergün
