Sonsuza dek çalışacak bir makine mümkün mü
Dıştan enerji katkısı olmaksızın sonsuza dek çalışacak makineler insanlığın eski bir düşü... 19. yüzyıldan itibaren, bilimadamları bunun olanaksızlığını ortaya koydular.Ama ya bir gün?
Sonsuza dek hiçbir şey sürmüyor. Er ya da geç, bir gün mutlaka sona eriyor.
Ne yakıt ya da pil, ne de insan veya hayvan enerjisine gerek duyan, kendi kendine dönüp duran bir makine müthiş bir buluş olurdu!.. Bir kez işletilir ve ilk itme sayesinde sonsuza dek çalışmasını sürdürürdü. Böyle bir makine, bitmez tükenmez bir enerji kaynağı yaratacağı için, insanları da çok mutlu ederdi. Ama ne yazık ki, gerçek yaşamda hiçbir hareket; hatta gezegenlerin ya da galaksilerinki bile sonsuza dek sürmüyor. Er ya da geç, bir gün mutlaka sona eriyor.
Durmanın başlıca sorumlusu: Sürtünme
Durmanın başlıca sorumlusu ise, hareket sırasında kaçınılmaz olarak gelişen sürtünmeler. Bu sürtünmelerdeki eğiklik; sözgelimi itilen bir salıncak, havayı çalkalıyor ve tespit noktalarının sıcaklığını yavaş yavaş, arttırıyor. Ve hareket enerjisi, enerjinin düzensiz bir biçimi olan ısıya dönüşüyor. Sonuçta da salıncak, "temel enerji"sini gitgide tüketiyor. Dıştan gelen bir katkı yoksa, hareket enerjisinin dağılması ısıyla dengeleniyor ve cisim mutlaka duruyor. Enerji kaçışlarına rağmen sürekli hareketi düşünmek, bir aracın benzin harcamadan ilerlemesini beklemeye benziyor. Dolayısıyla da, akla ters düşüyor...
Konuyla ilişkin ilk açıklamalar, 17. yüzyılda yapıldı
Sürtünmenin hareketi engellediği anlaşıldı. Şimdi, olayı daha iyi kavrayabilmek için bazı soruların yanıtlarına bir göz atalım...
Isı; enerjinin bir biçimi olduğuna göre, makineyi yeniden çalıştırmak üzere niçin geri alınmaz ve yararlı enerjiye dönüştürülmez? Başka bir deyişle, makine kaybettiği enerjinin yerine niçin ısıyı kullanamaz?
Ne yazık ki, bu olanaksızdır.
1824'te Fransız mühendis Sadi Carnot'nun gösterdiği gibi, ısının mekanik enerjiye dönüşmesi için, farklı sıcaklık dereceleri içeren iki kaynak gerekir. Ve ancak, ısı aktarımının, sıcak kaynaktan soğuk kaynağa yönelmesi halinde gerçekleşebilir. O zaman da, termik kalorinin bir kısmı, soğuk kaynağın derecesini kaçınılmaz olarak yükseltir. Başka bir deyişle, termik kalorinin bir kısmı, "ikinci termodinamik ilkesi"nde açıkça belirtildiği gibi, mutlaka "ısı biçiminde, kalır. Bu da, ısının tümünün neden yararlı enerjiye dönüştürülemediğini ve buradaki farkın niçin "ortadan kalkmadığı"nı açıklar. Gerçekten de ısı, enerjinin "niteliği kötü" ya da daha doğrusu "değer kaybına uğramış" biçimidir; çünkü asla kalorinin yüzde 100'ü kullanılmaz.
İşte bu yüzden de, termik enerjiyi kendi bütünlüğü içinde geri almak olanaksızdır. İdeali, ısınmayı önlemek, yani sürtünmeyi tümüyle ortadan kaldırmaktır. Ancak o zaman geliştirilen hareket gerçekten sürekli olur, ama kullanılmaz.
Teoriye göre, yalnızca yararsız bir makine sürekli çalışabilir
Kuşkusuz, becerikli bir mucit, "ideal salıncak" gibi bir makine yapabilir. Ve mükemmel, ama hiçbir işe yaramayan sürekli salınımlarına bakakalır. Belki, yine de bir işte kullanmak için, hassas bir mekanizma yardımıyla, sözgelimi salıncağın her düşey geçişinde bir otomobili kaldırmasını sağlayabilir. Yararsız salınımları yararlı bir işe dönüştürmenin mutluluğunu yaşarken makine tükenir ve durur. O da makinesinin sürekli çalışmadığını fark ederek düş kırıklığına uğrar.
Örneğimizdeki salıncak, enerjisinin bir kısmıyla gerçekten bir iş yapar; otomobili bıraktığı sırada yükseklik kazanır. Bununla birlikte, gitgide daha az yükselir, yani yükseklik kaybeder. Enerji, yavaş yavaş salıncağın dışına kaçtığı için de hareket durmayla sonuçlanır. O zaman, enerji tümüyle "potansiyel enerji" biçiminde otomobilin "kullanma yetkisine girer. Yani, artık otomobil, salıncaktan aldığı enerjiyi geri verme durumunda bulunur. Bunun için de, tersine işleyen mekanizmayla, otomobilin düşmesi ve yeniden ilk yüksekliğine çıkması yeterli olur.
Enerji kaybetmeden bir iş yapmanın olanaksızlığı
Fizikte "birinci termodinamik ilkesi" diye adlandırılan kavramı oluşturur. Bu kavram, 1850'ye doğru iki fizikçi, İngiliz James P. Joule ile Alman Julius R. von Mayer, tarafından kesin şekilde ortaya kondu: Enerji çeşitli biçimlerde (elektrik, mekanik, ısı vb.) kendini gösteren bir büyüklüktür; ama "değer", yani niceliği daima korunur. Hiçbir şey, onu yoktan var edemez, vardan da yok edemez (enerjinin korunumu ilkesi).
Bu ilkeyi bilmeyen birtakım mucitler, yüzyıllar boyu, hem sonsuza dek çalışacak hem de kendi başına yükselmek için gerekli enerjiyi bulacak makineler yapmaya çalıştılar. Ama bu iki istek birbiriyle uyuşmaz. Gerçekten de, bir makine "sürekli" çalışmaz. Çalışsa bile, bir gün mutlaka durur; o zaman da, buna sürekli denemez.
Sürtünme sorunu çözmüş bir makine düşünelim...
Sürekli hareket araştırmasında, yararsız, ama sürtünme sorunu çözmüş bir makine düşünelim... Bir süperiletkende dolaşıp duran elektrik akımı, buna iyi bir örnek oluşturur. Elektronlar, daireler çizerek, süperiletkenin içinde yıllarca dönseler bile, bu hareket çok uzun bir sürede söz konusu durumunu koruyamaz.
Alman fizikçi Rudolf E.J. Clausius'un 19. yüzyıl sonundaki çalışmaları, enerjinin büyük bir şiddetle dağılmaya ve Evren'in "entropi"yi (içe kıvrılma) arttıran bu bozulma, yani "düzensizlik" yönünde evrilmeye göre düzenlenmiş olduğunu göstermişti. Clausius'a göre Evren "termik ölüm"üne doğru evrilmekteydi. Sıcaklık derecesinin her yerde aynı olması durumunda, hiçbir şey hareket etmeyecek; ister sürekli ister kesintili hiçbir hareket olmayacaktı.
Suya yayılan mürekkep, bardağın kenarında bir damla halinde yeniden toplanabilir mi?
Bu "tersinmezlik" (ters doğrultuda işleyememe) durumu, zamanın daima aynı yönde aktığını belirtir. Bununla birlikte, acaba, suya yayılan mürekkep, bardağın kenarında bir damla halinde yeniden toplanabilir mi? Sorunun yanıtı Clausius'a göre olumsuz, ünlü öğrencilerinden Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzman'a göre ise olumludur. Ama son derece düşük bir olasılık söz konusudur. 19. yüzyılın sonunun bir başka bilgini, Fransız matematikçi Henri Poincare'ye bakılırsa; bu olay, çok uzun bir süre beklendiği taktirde, kesinlikle meydana gelecektir. Ancak bu süre, Evren'in yaşını bile aşar.
Hareket sürekli olamaz; çünkü asla başlangıçtakinin aynı olamaz
Günümüzde, kaos kuramı, bekleme koşuluna karşın, mürekkep damlası oluşumunun sonsuz kez ortaya çıkacağını bize gösteriyor. Bu da beliren düzensizlikte, başlangıç barınağına geri dönüşlerle kendini gösteren gizli bir düzenin bulunduğu anlamına geliyor. Yani, "düzensizlik"te bir "düzen" vardır. Ama bu geri dönüşler kusursuz olmayacaktır. Damlada toplanan mürekkep molekülleri, ilk durumlarını tamamen koruyamazlar. O halde, ne kadar direnç gösterse de hareket sürekli olamaz; çünkü asla başlangıçtakinin aynı olamaz.
Ortaçağ'da batılılar, hayvanları sürekli işleyen makinelere (en azından canlıyken) benzetiyorlardı. Hayvanların "yeniden değer arttırma" gereksinimi duymadan çalışabilecekleri (araba çekmek gibi) düşünülüyordu. Hayvanlara benzeyen mekanik düzenekler yapma düşüncesi böylece doğdu.
Sürekli hareketi hedefleyen ilk makine
Ancak, sürekli hareketi hedefleyen ilk makine, 1150'ye doğru Hindistan'da gerçekleştirildi. Bu, kendi çevresindeki dönüşünden destek alan bir tekerlekti. Ağırlıklar, sol ve sağ bölüm arasında sabit bir dengesizlik oluşturacak şekilde dağıtılmıştı. Tekerleğin dönüşünü ise, söz konusu dengesizlik sağlıyordu. Buluş, kesinlikle tesadüfen ortaya çıkmamıştı. Sürekli hareket düşüncesi, Hindu felsefesindeki çevrimler kavramına, sonsuz dönüşe, yani reenkarnasyona (yeniden doğuş) dayanıyordu.
Araplar, sürekli hareket kavramını büyük bir hızla Avrupa'ya yaydılar. 1235'te Villard de Honnecourt, mimarlık kitabında pek çok tekerlekli "devridaim makinesi" modelinden söz etti. Yaklaşık aynı sıralarda, bir başka bilgin Pierre de Maricourt da, buna çok benzeyen bir makine çizdi. Tek farkı, hareket nedeni olarak ağırlık yerine mıknatıslığı göstermesiydi. Dengesiz tekerlek, yüzyıllar boyu sürekli hareketin ardında koşan bilginlerin temel şemasını oluşturdu. Ama bu düzeneklerin hiçbiri sürekli çalışmadı.
Leonardo da Vinci denemesi
17. yüzyılın başında, Leonardo da Vinci, yarısı suya daldırılan bir tekerlekle konuya yenilik getirdi. Ancak deney, ötekilerden daha inandırıcı olmadı. Çağının her zaman ötesinde olan İtalyan bilgin, bunun üzerine sürekli hareket olasılığından kuşkulanmaya başladı. 17. ve 18. yüzyıllar arasında yapılan deneyler suya yönelikti. Temel şemada, sıvının düşüşü çarklı bir tekerleği harekete geçiriyor; bu da bir Arşimet vidasını çalıştırıyordu. Arşimet vidasının işi, tekrar aşağı düşmesi için suyu yukarı çıkartmaktı. Bu amaçla yaylar, sarkaçlar, mıknatıslar; hatta suyun çok ince kılcal borularda yükselmesinden bile yararlanıldı.
Ama bu sistemlerin hiçbirisi işlemedi
1775'te Fransız bilgin Laplace'ın etkisiyle, Kraliyet Bilimler Akademisi, sürekli hareket sağladığı öne sürülen hiçbir devridaim makinesini artık incelemeyeceğini ilan etti. Karar, sürekli hareketin bilimsel yönden çürütülmesine değil, deneylere (çalışmadığı için) dayanıyordu.
Sürekli hareket düşüncesi, 1800'e doğru sert bir darbe yedi
Fransız bilgin Lavoisier, insanlarla hayvanların, nefes alırken ve hareket ederken, besinlerden alınan enerjiyi yavaş yavaş yaktıklarını gösterdi. Ve böylece sürekli hareket eden hayvan-makine düşüncesi de kesin olarak çöktü. Buna karşın, bazı araştırmacılar, konuyu savunmaya devam ettiler. Yine 1800'e doğru, İtalyan fizikçi A.Volta elektrik pilini icat ettiği zaman, icadın yıpratmayacağı (kullanılsa bile) ve hiç durmadan enerji verebileceği sanıldı. Gerçek böyle çıkmayınca da bir yapım hatası üstünde duruldu. Pil ya da dinamoyla sürekli hareket sağlama ümidi, 1850'de Joule'ün, enerjinin karşı konmaz bir şekilde ısıya dönüştüğünü göstermesiyle ciddi olarak yıkıldı.
Termodinamik ilkeleri ile sürekli hareketin olanaksızlığı keşfedildi ama.
Ancak, bu noktada olaya bir başka açıdan da bakmak gerek... Yüzyıllar boyunca bu tür makineler yapma uğrunda harcanan emekler tümden boşa çıkmadı. Makinelerin çalışmadığı görülünce, bilginler "neden" aramaya yöneldiler ve sonunda da termodinamik ilkeleri ile sürekli hareketin olanaksızlığını keşfettiler.
Kapıdan kovulan sürekli hareket düşüncesi, radyoaktivite ile bacadan girdi
19. yüzyılın sonunda işin tümüyle kapandığı düşünülüyordu. Ama, kapıdan kovulan sürekli hareket düşüncesi, 1895'te radyoaktivitenin keşfiyle bacadan giriverdi. Ve ışının, enerjisini nereden aldığı sorusu gündeme geldi. Görünüşe bakılırsa hiçbir yerden almıyordu. Kimi araştırmacılar, uranyumla çalışan devridaim makineleri tasarladılar. Ama, hemen ardından Einstein, kütlenin bir enerji biçimi (e=m.c2) olduğunu gösterdi. Radyoaktif bir cisimden salınan enerji, daha önceden cismin içinde kütle biçiminde bulunuyordu ve sonra ışına dönüşüyordu. Başka bir deyişle, ne var oluyor ne de yok oluyordu; yalnızca biçim değiştiriyordu. Bu durum çerçevesinde, radyoaktivite termodinamik ilkeleriyle çelişmez ve hiçbir şekilde de sürekli hareketi doğuramazdı.
Olsun, hala ümidim var.
Bilimadamlarına göre bu olgu, sürekli hareketin olanaksızlığım kanıtlar. Gerçek böyle... Ama, mitler hala aklımızı kurcalamaya devam ediyor...
Calud'un "Kitab-ül Hiyel"deki devridaim makinesinin çizimi...
Bu aygıt, basit olarak sekiz kollu bir çarktı. Kollardan her birinin ucunda, tam ortasında ki mil etrafında dönen birer çubuk bulunuyordu. Çubukların bir uçlarında ağırlık vardı, diğer uçları ise eğilip bükülmez bir telle göbekteki sabit raya bağlıydı. Öyle ki teller, uçlarındaki tekerlekler sayesinde bu ray üzerinde kolayca kayabiliyorlardı. Ancak ray, çarkın göbeğinin tam ortasında değildi, işte, tekerleğin dengelenmesini de bu sağlıyordu. Çünkü rayın bakışımsız olması, ona bağlı olan çubukların çark döndükçe itilmesine ve çekilmesine, böylece kolların ağırlık merkezinin sürekli değişmesine neden oluyordu...
Calud, demiri ateşle ve balyoz darbeleriyle yola sokarak güç bela çarkı yaptı. Millerini yağladıktan sonra ona bitimsiz hareketini başlatacak ilk fiskeyi vurdu. Çark uzun süre döndü, fakat çok geçmeden yavaşlamaya başladı. Devridaim makinesi durduğunda, iktidar tutkunu bu mucit, başarısızlığını bir tesviye hatasına bağlıyordu...
Parlak projeler ve ünlü üçkağıtçılar
Sürekli hareket inancından yararlanmaya kalkan sayısız şarlatan çıktı.
1775'te, Kari Elias Bessler, Rus Çarı'nın da yakından ilgilendiği bir devridaim tekerleği yaptı. Gerçekte ise, düzenek yan odada bulunan bir kişinin elle yönettiği bir iple harekete geçiyordu.
Aynı şekilde, 1856'da Willis'in tekerleği, bir kaidede saklanan ve içinde sıkıştırılmış hava bulunan bir kap tarafından çalıştırılıyordu.
Ama en ünlü şarlatan John Keely idi. 1875'te, suyu, kuvvetli bir basınç altında sürekli olarak buhara çeviren bir makine icat etti. Ölümünden sonra, mahzeninde, sıkıştırılmış hava ikmali yapan 3 tonluk bir depo bulundu!
Bu tür makinelerle uğraşan pek çok iyi niyetli insan da çıktı. Yakın yıllarda, ABD'de mahkemeler, makinesini onaylamadığı gerekçesiyle patent bürosuna dava açan bir mucidin şikayetini reddettiler. Oysa 1972 yılında, aynı büro, çalışma sistemi "ikinci termodinamik" ilkesine uymayan bir makineye patent vermişti