Fiziksel anlamda enerji, iş yapabilmesi yeteneği olan soyut bir değer ve kavramdır. Doğrudan ölçülmez. Doğrudan ölçülen diğer değerler aracılığı ile hesaplanır. Bu soyut kavram hareketle, pozisyonla veya vibrasyonla (titreme ile) ilgilidir. Enerji, objeler üzerinde etki yapan güçlere ve diğer enerji türlerine dönüştürülebilir. Bu enerji dönüşümlerinin bir çoğunda enerji tasarruf edilir. Enerji ile ilgili kavramları deneysel olarak demonstre etmek ve kanıtlamak mümkündür. Bilinen beş enerji türü vardır.
1.Kinetik enerji: Herhangi bir cismin hareketine bağlı olan enerjidir. Hareket halinde olan bir otomobil, durmakta olan bir otomobilden çok daha fazla kinetik enerji içerir. Göreli bir enerji türüdür.
2.Potansiyel enerji: Bir güç alanında yer alan bir objenin pozisyonu, şekli ve şemayili ile ilgili bir enerji türüdür. Çekim gücü potansiyel enerji türlerinden biridir. Yer çekimi dünya yüzeyine göre ölçülür. Potansiyel enerji de göreli bir enerjidir. Bir odada ölçüleceği zaman bir cismin zemine göre ne kadar yüksekte olduğu dikkate alınır. Obje yerden ne kadar yüksekde ise, o kadar fazla potansiyel enerjiye sahiptir.Diğer potansiyel enerji türleri arasında elektrik, kimyasal ve nükleer olanlar vardır.
3.Isı enerjisi: Tek tür enerji değildir. Çeşitleri vardır. Maddedeki moleküllerin rastgele hareketinin neden olduğu bir enerji türüdür.
4.Radyasyon: Elektromanyetik radyasyon, örneğin ışık, bir tür enerjidir. Önceleri ışık enerjisinin yalnız bir ısı türü olduğu sanılmışsa da, diğerlerinde dönüşebildiği için, kendi başına bir enerji türü olduğu kabul edilmiştir.
5.Kütle: İlk defa Einstein tarafından kütlenin bir enerjisi olduğu ileri sürülmüş ve bu enerji ünlü E=MC2 formülü ile ölümsüzleştirilmiştir.
Big Bang öncesi enerji, bu enerji türlerinden hiç birisi ile bağdaşmaz. Bu enerji türlerinin tümü maddenin varlığını gerektirmektedir. Madde olmadan bu enerji türleri olamaz. Big Bang öncesinde madde olmadığından nasıl bir enerjinin söz konusu olduğu ilginç bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır.
Yukardakilerden biri olmayan çok farklı ve gizemli bir enerji türü daha vardır. O enerjinin Big Bang sırasında ortaya çıkmış olması mümkündür. Bu maddeye dönüşen enerjidir. Madde bir diğer maddeye dönüşürken bu enerji açığa çıkar. Madde önce bu enerjiye dönüşür, sonra diğer maddeye dönüşür. Bunun için saf, pür enerji terimini kullabiliriz.
Örneğin:
Atomdan ayrılan nötronun ortalama ömrü 10-15 dakikadır.
Bu süre sonunda iki down ve bir up quark’dan oluşan nötron, bir proton, bir elektron ve bir elektron anti-nötrinoya dönüşür..
Bunu nasıl yapar dersiniz?
Nötronun içinde onlar mı vardır?
Hayır..
Nötron önce saf enerjiye dönüşür..
Ve bu saf enerji proton ve elektronla, nötrinoya dönüşür.
Elektronlarla protonların kendi üzerine çökmekte olan bir nötron yıldızında bir araya gelmesi sırasında da pür enerji döneminden geçilir.
Protonlarla birleşen elektronlar önce pür enerjiye, sonra nötronlara dönüşür.
Bunlar doğanın en gizemli ve müthiş mekanizmalarıdır.
Pür enerji, Big Bang’de açığa çıktıktan sonra maddeye dönüşen primitif enerji gibi davranıyor.
Kosmozda mevcut enerji yelpazesi son derece geniştir.
Astronomik yapıların doğuşu, yaşamı ve ölümü, başka bir deyişle en büyükten en küçüğe her türlü kozmik astronomik döngü, enerjinin harcanma ana teması ile ilgili varyasyonlardır.
Atomaltı öğelerin enerjisinden bahsedilebileceği gibi, milyarlarca yıldızdan oluşan bir galaksinin toplam enerjisinden de bahsedilebilir.
Bilimsel ölçmelerde her ikisinin de yeri ve önemi vardır.
Maddenin temel yapı taşı proton olduğundan enerjiyi, protonu temel birim olarak kabul ederek tanımlamak bir gelenek haline gelmiştir.
Herhangi bir astronomik olgunun enerjisi protonun kütle-enerjisi olarak ifade edilebilir.
Daha spesifik olarak enerji, GeV birimleri şeklinde yazılır.
Burada kabaca 1 (bir) GeV, bir protonun kütlesinin Einstein’in E=MC2 denklemine göre enerjiye dönüşmesine tekabül eder.
Burada G, gigadır. Yani milyar demektir. GeV, bir milyar elektron volt demektir. Aslında duran protonun kütlesinin karşıtı 0,938272 GeV’dir ama, biz onu bir kabul edebiliriz.
Enerji, logaritmik olarak ifade edilir. E=10wGeV formülünde w, enerji indeksini belirtir.
Logaritmik olarak ifade edildiğinden w değerinin bir artması, enerjinin 10 kere artması demektir.
Yukarda da değindiğimiz gibi kozmozda enerji kendini, son derece geniş uçlar arasındaki değerler şeklinde manifest eder.
Bu durumu bazı somut örneklerle açıklamada yarar vardır.
Bir megatonluk hidrojen bombasının gücü bir milyon ton TNT’nin patlayıcı gücüne eşittir. Bir megatonda w enerji indeksi 25,5’dir.
Yani w=25,5. Bu enerji ile büyükçe bir şehri yok etmek mümkündür.
Soğuk savaş zamanında tarafların 50 bin kadar bir megatonluk bombası olduğu tahmin edilmektedir.
Bunların karşılıklı kullanılması durumunda w şeklinde ifade edilen enerji indeksi 30,5 olacaktır.
Bunu, dünyaya çarpması muhtemel küçük bir astronomik obje olan ve çapı beş km’yi bulan bir kuyruklu yıldızla karşılaştıralım.
Bu objenin dünyaya çarpmasından açığa çıkacak kinetik enerjinin miktarı 10^8 megaton olacaktır.
Yani 100 milyon megaton TNT kadar olacaktır.
Bunun enerji indeksi w=33,5’dur.
Başka bir deyişle bir dünya savaşında patlatılan bütün hidrojen bombalarının toplamından bin kere daha fazla bir güce sahiptir.
Güneşin bir günde etrafa yaydığı enerji miktarı 8×10^18 kiloton TNT kadardır.
Başka bir deyişle, güneşin günlük enerji indeksi 41,4’dür.
Her ne kadar bu enerjinin çok küçük bir kısmı dünyaya ulaşmakta ise de, ulaşan enerji indeksi yine de 32’den az değildir.
Buna göre her gün dünyaya gelen güneş enerjisi, bir dünya savaşında açığa çıkacak kinetik enerjiden 30 kere daha fazladır.
Yukarda değindiğimiz elektron volt kavramı ilk defa 1912 yılında ortaya atılmıştır. Bir elektron volt, tek bir elektronun 1 voltluk potansiyel farkı olan bir ortamda hızlanması sırasında kazandığı enerjidir. Bunu joule olarak da ifade edebiliriz. 1eV=1,602×10^-19 joule dur.
Bu son derece küçük bir miktardır. Ama kozmik birimler arasında mevcut enerji farkı dikkate alınırsa, pratik önemi olan bir değerdir.
Bir GeV’nin karşılığı bir milyar elektron volt olup, bir protondaki enerjidir.
Bir kitabın beş sm’den masaya düşmesi, milyar kere milyar elektron volt enerji açığa çıkaracaktır.
100 wattlık bir elektrik lambası saniyede 6,24×10^20 eV enerji yakmaktadır.
Bir bardak çayı masadan kaldırmanın enerji indeksi 10’dur.
Hiroşima’ya atılan ilk atom bombasında w=23,5’dur.
Gözlemlenen evrenin enerjisi, GeV olarak 10^80, w olarak ise 80’dir.
Görüldüğü üzere evrende mevcut enerji aklın alamayacağı kadar büyüktür ama, sonsuz değildir. Yalnız hiçlik içindeki enerji sonsuzdur.
Aynı şeyleri ısı ve yoğunluk için de iddia edebiliriz, maddenin miktarı ve evrenin genişliği için de… Sayı ile ifade edilen hiç bir şey sonsuz olamaz.
(Alıntıdır)