Fyzika Druhý zákon termodynamiky
Častým argumentom proti evolúcii je, že je v rozpore s druhým zákonom termodynamiky. Aj keď tento argument v súčasnosti používa iba populárna veda, je k nemu niekoľko komentárov.
Argument druhého zákona sa v skutočnosti vracia k diskusii o jeho uplatniteľnosti približne do polovice dvadsiateho storočia:
Sotva dnes existuje vedec, ktorý by pochyboval o tom, že pre materiálny priebeh životných procesov platia rovnaké princípy ako pre procesy v neživej prírode. Napriek tomu jeden z najvšeobecnejších fyzikálnych zákonov, menovite „druhý zákon termodynamiky“ alebo „veta entropie“, donedávna vyvolával pochybnosti o jeho použiteľnosti na živé systémy. Biológovia a filozofi navrhli druhý zákon s jeho Proroctvo o „tepelnej smrti“ je nezlučiteľné s javom formovania štruktúry v prírode. Rolf Haase: Druhý zákon termodynamiky a formovania štruktúry v prírode. Prírodné vedy 44 (1957): 409-415
Jeden často počuje ako odpoveď na argument, že druhý zákon je v rozpore s možnosťou evolúcie (to znamená v plochej forme „vývoj smerom k väčšiemu poriadku“), druhý zákon sa vzťahuje iba na uzavreté systémy, a preto je irelevantný pre biologické (napr. otvorené systémy) 1). Naproti tomu Haase vo svojom článku z roku 1957 urobil jasné vyhlásenie:
Moderná formulácia druhého zákona [...] hovorí, že zmena entropie ktoréhokoľvek systému sa dá vždy rozdeliť na dve časti. Prvá z týchto zložiek je založená na výmene tepla a materiálu medzi systémom a prostredím, a preto môže byť pozitívna aj negatívna a zmizne, keď je systém tepelne izolovaný, to znamená so všetkými „adiabatickými“ zmenami stavu. Druhá časť zmeny entropie systému má svoju príčinu v nezvratných procesoch vo vnútri systému, je teda vždy pozitívna, keď procesy skutočne prebiehajú a v medzných prípadoch reverzibilných zmien stavu zmizne. Celková entropia ľubovoľného systému sa môže zvyšovať aj znižovať a iba v prípade tepelne izolovaného systému, a teda ešte viac v prípade uzavretého systému, sa celková zmena entropie stane totožnou s druhou časťou, takže tu entropia systému nie je môže klesať. Haase, miesto cit.
Kľúčovými heslami sú „ustálený stav nerovnováhy“ alebo skrátene „ustálený stav“ (zhodný s pojmom „ustálený stav“) a „termodynamika nezvratných procesov“, ako aj „otvorený systém“, ktorý kombinuje energiu s prostredím. a výmeny látok 2). Vynikajúce mená spojené s vývojom tejto „termodynamiky nezvratných procesov“ sú Lars Onsager a Ilya Prigogine (obaja nositelia Nobelovej ceny).
Pre systém s danou hmotou, ktorý je v stacionárnom nerovnovážnom stave, musí byť tiež entropia v priebehu času konštantná. Pretože generácia entropie je vždy pozitívna z dôvodu neustáleho chodu nezvratných procesov vo vnútri systému, tok entropie musí byť záporný. Výmena tepla a materiálu s prostredím je regulovaná takým spôsobom, že dochádza k „importu negatívnej entropie“. [...]
Z termodynamického hľadiska predstavuje živá bytosť - v dôsledku výmeny látok a energie s prostredím a chemickými a inými procesmi prebiehajúcimi v organizme - otvorený systém, vo vnútri ktorého neustále prebiehajú nezvratné procesy. [...]
Negatívny tok entropie potrebný pre ustálený stav dospelého človeka vzniká prenosom tepla do životného prostredia prostredníctvom dovozu a vývozu hmoty.
Z citovaných pasáží je zrejmé, že už v polovici päťdesiatych rokov dvadsiateho storočia bol vedecky vyvrátený argument, že druhý zákon termodynamiky odporuje evolúcii:
Môžeme zhrnúť nasledujúce skutočnosti:
1. Tvorba štruktúr sa vyskytuje aj v neživej prírode a je v súlade s tvrdeniami druhého zákona termodynamiky.
2. Veličina, ktorá je charakteristická pre chod ireverzibilných procesov v ktoromkoľvek systéme, nie je entropia alebo iná funkcia štátu (voľná energia atď.), Ale generovanie entropie, ktoré - okrem rovnováhy - je vždy pozitívne, a to platí aj pre biologické Systémy.
Aj opak je pravdou. S vývojom „termodynamiky ireverzibilných procesov“ okrem iných aj Onsagerom a Prigoginom bolo možné iba pochopiť, ako môžu vzniknúť usporiadané štruktúry („disipatívne štruktúry“) - čo sa následne potvrdilo aj experimentálne (vrátane Bénardovej bunky).
Disspiatívne štruktúry sú stabilné usporiadané štruktúry, ktoré je možné vytvárať a udržiavať v otvorenom nelineárnom systéme premieňajúcom energiu alebo v časti takéhoto systému s konštantným dodávaním a uvoľňovaním energie, to znamená v rámci konštantného toku energie.
Disipatívne štruktúry sa vyskytujú iba za podmienok, ktoré sú opísané ako vzdialená nelineárna nerovnovážna termodynamika. Spravidla sú v dynamickej rovnováhe prichádzajúcej a odchádzajúcej energie a môžu akumulovať časť prúdiacej energie prostredníctvom vnútorných procesov premeny a oddialiť časť toku energie. Sú stabilné voči malým rušeniam.
Disipatívne štruktúry majú veľa spoločného s biologickými organizmami, a preto sa medzi ne obvykle zaraďujú aj živé bytosti. Zemský povrch vrátane atmosféry tvorí nerovnovážny systém premeny energie (disipatívny), ktorý absorbuje energiu prostredníctvom slnečného žiarenia a vyžaruje ju do vesmíru prostredníctvom tepelného žiarenia. V rámci tohto systému sa môže vytvoriť veľké množstvo disipatívnych štruktúr, ako sú napríklad mraky, rieky alebo cyklóny, ale prinajmenšom z hľadiska termodynamiky v zásade aj biologické systémy.