Физика Втор закон за термодинамика
Често слушнат аргумент против еволуцијата е дека тој е во спротивност со Вториот закон за термодинамика. Дури и ако овој аргумент сега го користи само популарната наука, неколку коментари за тоа.
Всушност, аргументот на Вториот закон се враќа на дискусијата за неговата применливост до околу средината на дваесеттиот век:
Тешко дека денес постои научник кој се сомнева дека истите принципи важат за материјалниот тек на животните процеси како и за процесите од нежива природа. Како и да е, еден од најопштите закони на физиката, имено „Вториот закон за термодинамика“ или „Теорема на ентропија“, предизвика сомнежи за неговата применливост во живите системи до неодамна. Биолозите и филозофите го предлагаа Вториот закон Пророштвото за „топлинска смрт“ е некомпатибилно со феноменот на формирање структура во природата. Ролф Хасе: Втор закон за термодинамика и формирање структура во природата. Природни науки 44 (1957): 409-415
Честопати, сè уште се слуша како одговор на аргументот дека вториот закон е во спротивност со можноста за еволуција (т.е. во рамна форма, „развој кон поголем ред“), вториот закон важи само за затворени системи и затоа е ирелевантен за биолошкиот (по се отворени) системи 1). Наспроти тоа, Хасе даде јасна изјава во својот напис од 1957 година:
Современата формулација на Вториот закон [...] вели дека промената на ентропијата на кој било систем секогаш може да се подели на два дела. Првата од овие компоненти се заснова на размена на топлина и материјал помеѓу системот и околината, и соодветно на тоа може да биде позитивна и негативна и да исчезне кога системот е термички изолиран, т.е. со сите „адијабатски“ промени во состојбата. Вториот дел од промената на ентропијата на системот има своја причина во неповратните процеси во внатрешноста на системот, соодветно е секогаш позитивен кога процесите навистина течат и исчезнува во ограничениот случај на реверзибилни промени на состојбата. Вкупната ентропија на кој било систем може да се зголеми, како и да се намали, и само во случај на термички изолиран систем, а со тоа уште повеќе во случај на затворен систем, вкупната промена на ентропијата станува идентична со вториот дел, така што тука ентропијата на системот не е може да се намали. Хаасе, локал Цит.
Клучните гласни зборови се „стабилна состојба на нерамнотежа“ или, накратко, „стабилна состојба“, (идентична со терминот „стабилна состојба“) и „термодинамика на неповратни процеси“, како и „отворен систем“ што комбинира енергија со својата околина и размена на материи 2). Истакнати имиња поврзани со развојот на оваа „термодинамика на неповратни процеси“ се Ларс Онсагер и Илја Пригогин (двајцата добитници на Нобелова награда).
За систем на дадена маса што е во стационарна состојба на нерамнотежа, ентропијата исто така мора да биде постојана со текот на времето. Бидејќи генерацијата на ентропија е секогаш позитивна како резултат на постојаното водење на неповратни процеси во системот, протокот на ентропија мора да биде негативен. Размената на топлина и материјал со околината е регулирана на таков начин што се случува „увоз на негативна ентропија“. [...]
Од термодинамичка гледна точка, живо суштество - како резултат на размена на супстанции и енергија со околината и хемиски и други процеси што се случуваат во организмот - претставува отворен систем, во чии рамки постојано се случуваат неповратни процеси. [...]
Негативниот проток на ентропија неопходен за стабилна состојба на возрасното живо суштество се јавува преку пренос на топлина во животната средина преку увоз и извоз на материја.
Од цитираните пасуси станува јасно дека уште во средината на педесеттите години на дваесеттиот век аргументот дека Вториот закон за термодинамика е во спротивност со еволуцијата бил научно побиен:
Можеме да ги сумираме следниве факти:
1. Формирањето структури се јавува и во нежива природа и е во согласност со изјавите на вториот закон за термодинамика.
2. Количината што е карактеристична за текот на неповратните процеси во кој било систем не е ентропија или која било друга државна функција (слободна енергија итн.), Туку генерирање на ентропија, која - освен во рамнотежа - е секогаш позитивна, а тоа важи и за биолошките Системи.
Точно е и спротивното. Со развојот на „термодинамиката на неповратни процеси“ од страна на Онсагер и Пригогин, меѓу другите, беше разбирливо само како може да се појават подредени структури („дисипативни структури“) - што последователно беше потврдено и експериментално (вклучувајќи ја и Бенардската клетка).
Дисципативните структури се стабилни, подредени структури што можат да се формираат и одржуваат во отворен нелинеарен систем што конвертира енергија или дел од таков систем со постојано снабдување со енергија и ослободување на енергија, т.е. во рамките на постојан проток на енергија.
Дисипативни структури се јавуваат само во услови што се опишани како далечна нелинеарна нееквилибриона термодинамика. Тие се претежно во динамична рамнотежа на влезната и излезната енергија и можат да складираат дел од проточната енергија преку процесите на внатрешна конверзија и да го одложат дел од протокот на енергија. Тие се стабилни на мали нарушувања.
Дисипационите структури имаат многу заедничко со биолошките организми, па затоа и живите суштества обично се бројат меѓу нив. Земјината површина, вклучувајќи ја и атмосферата, формира не-рамнотежен енергетски конвертирачки (дисипативен) систем кој ја апсорбира енергијата преку сончевото зрачење и ја испушта во вселената преку топлинско зрачење. Мноштво дисипативни структури можат да се формираат во рамките на овој систем, како што се облаци, реки или циклони, но барем од гледна точка на термодинамиката, во основа и биолошки системи.