Fizica A doua lege a termodinamicii
Un argument frecvent auzit împotriva evoluției este că aceasta contrazice a doua lege a termodinamicii. Chiar dacă acest argument este folosit acum doar de știința populară, câteva comentarii despre el.
De fapt, argumentul celei de-a doua legi se întoarce la discuția despre aplicabilitatea sa până la jumătatea secolului al XX-lea:
Astăzi, cu greu există un om de știință care să se îndoiască că aceleași principii se aplică cursului material al proceselor vieții ca și proceselor în natură neînsuflețită. Cu toate acestea, una dintre cele mai generale legi ale fizicii, și anume "A doua lege a termodinamicii" sau "Teorema Entropiei", a dat naștere la îndoieli cu privire la aplicabilitatea sa la sistemele vii până de curând. Biologii și filozofii au sugerat a doua lege cu Profeția „morții prin căldură” este incompatibilă cu fenomenul formării structurii în natură. Rolf Haase: A doua lege a termodinamicii și a formării structurilor în natură. Științe ale naturii 44 (1957): 409-415
Adesea, se aude încă ca răspuns la argumentul că a doua lege contrazice posibilitatea evoluției (adică, într-o formă plană, o „dezvoltare către mai multă ordine”), a doua lege se aplică doar sistemelor închise și, prin urmare, este irelevantă pentru cele biologice (per se deschid) sisteme 1). În contrast, Haase a făcut o declarație clară în articolul său din 1957:
Formularea modernă a celei de-a doua legi […] spune că schimbarea entropiei oricărui sistem poate fi întotdeauna împărțită în două părți. Prima dintre aceste componente se bazează pe schimbul de căldură și material între sistem și mediu și, în consecință, poate fi atât pozitivă, cât și negativă și dispare atunci când sistemul este izolat termic, adică cu toate modificările de stare „adiabatice”. A doua parte a schimbării entropiei sistemului are cauza sa în procesele ireversibile din interiorul sistemului, fiind deci întotdeauna pozitivă atunci când procesele rulează efectiv și dispare în cazul limită al schimbărilor de stare reversibile. Entropia totală a oricărui sistem poate crește, precum și scădea, și numai în cazul unui sistem izolat termic și, astfel, chiar mai mult în cazul unui sistem închis, schimbarea entropiei totale devine identică cu a doua parte, astfel încât aici entropia sistemului nu este poate scădea. Haase, loc. Cit.
Cuvintele cheie sunt „starea de echilibru de neechilibru” sau, pe scurt, „starea de echilibru” (identică cu termenul „starea de echilibru”) și „termodinamica proceselor ireversibile”, precum și „sistemul deschis” care combină energia cu mediul său și schimburi de materii 2). Numele remarcabile asociate cu dezvoltarea acestei „termodinamice a proceselor ireversibile” sunt Lars Onsager și Ilya Prigogine (ambii câștigători ai Premiului Nobel).
Pentru un sistem de masă dată care se află într-o stare staționară de neechilibru, entropia trebuie să fie, de asemenea, constantă în timp. Deoarece generarea de entropie este întotdeauna pozitivă datorită derulării constante a proceselor ireversibile în interiorul sistemului, fluxul de entropie trebuie să fie negativ. Schimbul de căldură și materiale cu mediul este reglementat în așa fel încât să aibă loc un „import de entropie negativă”. [...]
Din punct de vedere termodinamic, o ființă vie - datorită schimbului de substanțe și energie cu mediul înconjurător și a proceselor chimice și a altor procese care apar în organism - reprezintă un sistem deschis, în interiorul căruia au loc în mod constant procese ireversibile. [...]
Fluxul negativ de entropie necesar pentru starea de echilibru a ființei vii adulte are loc prin transferul de căldură în mediu prin importul și exportul de materie.
Din pasajele citate devine clar că încă de la mijlocul anilor cincizeci ai secolului al XX-lea, argumentul potrivit căruia a doua lege a termodinamicii contrazicea evoluția a fost respins științific:
Putem rezuma următoarele fapte:
1. Formarea structurilor are loc și în natură neînsuflețită și este în conformitate cu afirmațiile celei de-a doua legi a termodinamicii.
2. Cantitatea caracteristică cursului proceselor ireversibile în orice sistem nu este entropia sau orice altă funcție de stare (energie liberă etc.), ci generarea de entropie, care - cu excepția echilibrului - este întotdeauna pozitivă, iar acest lucru se aplică și celor biologice Sisteme.
Chiar și opusul este adevărat. Odată cu dezvoltarea „termodinamicii proceselor ireversibile” Doar prin Onsager și Prigogine a devenit de înțeles cum pot apărea structuri ordonate („structuri disipative”) - ceea ce a fost ulterior confirmat și experimental (inclusiv celula Bénard).
Structurile dispiative sunt structuri stabile, ordonate, care pot fi formate și menținute într-un sistem neliniar de conversie a energiei deschise sau într-o parte a unui astfel de sistem cu furnizare constantă de energie și eliberare de energie, adică într-un flux constant de energie.
Structurile disipative apar doar în condiții care sunt descrise ca termodinamică ne-liniară neechilibrată la distanță. De obicei, acestea se află într-un echilibru dinamic de energie de intrare și de ieșire și pot stoca o parte din energia care curge prin procese de conversie internă și poate întârzia o parte din fluxul de energie. Sunt stabile până la mici tulburări.
Structurile disipative au multe în comun cu organismele biologice, motiv pentru care lucrurile vii sunt de obicei numărate printre acestea. Suprafața terestră, inclusiv atmosfera, formează un sistem de conversie a energiei (disipativ) neechilibru care absoarbe energia prin radiația solară și o emite în spațiu prin radiația de căldură. În cadrul acestui sistem se pot forma o multitudine de structuri disipative, cum ar fi nori, râuri sau uragane, dar cel puțin din punct de vedere al termodinamicii, practic și sistemelor biologice.