Фізика Другий закон термодинаміки
Аргумент проти еволюції, який часто чують, полягає в тому, що вона суперечить Другому закону термодинаміки. Навіть якщо цей аргумент зараз використовується лише науково-популярною наукою, кілька коментарів до нього.
Фактично аргумент Другого закону сходить до дискусії щодо його застосовності приблизно до середини ХХ століття:
Навряд чи сьогодні є вчений, який сумнівається, що до матеріального перебігу життєвих процесів застосовуються ті самі принципи, що й до процесів у неживій природі. Тим не менш, один із найзагальніших законів фізики, а саме "Другий закон термодинаміки" або "Теорема ентропії", викликав сумніви щодо його застосовності до живих систем до недавнього часу. Біологи та філософи пропонували Другий закон з його Пророцтво про "теплову смерть" несумісне з явищем структуроутворення в природі. Рольф Хаазе: Другий закон термодинаміки та формування структури в природі. Природничі науки 44 (1957): 409-415
Часто досі можна почути відповідь на аргумент, що другий закон суперечить можливості еволюції (тобто, у плоскій формі, "розвиток до більшого порядку"), другий закон застосовується лише до закритих систем і тому не має значення для біологічних (за se відкриті) системи 1). На противагу цьому, Хаасе чітко заявив у своїй статті від 1957 року:
Сучасна формулювання Другого закону [...] говорить, що зміна ентропії будь-якої системи завжди може бути розділена на дві частини. Перший із цих компонентів заснований на теплообміні та обміні матеріалом між системою та навколишнім середовищем, і, відповідно, може бути як позитивним, так і негативним і зникає, коли система теплоізольована, тобто при всіх "адіабатичних" змінах стану. Друга частина зміни ентропії системи має свою причину в незворотних процесах у внутрішній частині системи, відповідно завжди позитивна, коли процеси фактично працюють і зникає в граничному випадку оборотних змін стану. Повна ентропія будь-якої системи може як збільшуватися, так і зменшуватися, і лише у випадку теплоізольованої системи і, тим більше, у випадку закритої системи загальна зміна ентропії стає ідентичним другій частині, так що тут ентропія системи не є може зменшитися. Haase, локація Cit.
Ключовими модними словами є "стійкий стан нерівноваги" або, коротше, "стійкий стан" (ідентичний терміну "стійкий стан") і "термодинаміка незворотних процесів", а також "відкрита система", яка поєднує енергію з навколишнім середовищем і обмін речовинами 2). Видатними іменами, пов'язаними з розвитком цієї "термодинаміки незворотних процесів", є Ларс Онсагер та Ілля Пригожин (обидва лауреати Нобелівської премії).
Для системи даної маси, яка знаходиться у стаціонарному нерівноважному стані, ентропія також повинна бути постійною у часі. Оскільки генерування ентропії завжди позитивне через постійне протікання незворотних процесів усередині системи, потік ентропії повинен бути негативним. Обмін теплом та матеріалом з навколишнім середовищем регулюється таким чином, що відбувається "імпорт негативної ентропії". [...]
З термодинамічної точки зору жива істота - завдяки обміну речовин та енергії з навколишнім середовищем та хімічним та іншим процесам, що відбуваються в організмі - являє собою відкриту систему, всередині якої постійно відбуваються незворотні процеси. [...]
Негативний потік ентропії, необхідний для стійкого стану дорослої живої істоти, виникає завдяки передачі тепла в навколишнє середовище за рахунок імпорту та експорту речовини.
З цитованих уривків стає зрозумілим, що вже в середині п'ятдесятих років ХХ століття аргумент про те, що другий закон термодинаміки суперечить еволюції, був науково спростований:
Ми можемо узагальнити такі факти:
1. Формування структур також відбувається в неживій природі і відповідає твердженням другого закону термодинаміки.
2. Величина, яка характерна для перебігу незворотних процесів у будь-якій системі, не є ентропією чи будь-якою іншою функцією стану (вільна енергія тощо), а породженням ентропії, яка - крім рівноваги - завжди позитивна, і це стосується і біологічних Системи.
Навіть все навпаки. З розвитком "термодинаміки незворотних процесів", зокрема Онзагером та Пригожином, було зрозумілим лише те, як можуть виникати впорядковані структури ("дисипативні структури"), що згодом також було підтверджено експериментально (включаючи клітини Бенара).
Диспіативні структури - це стабільні, впорядковані структури, які можуть формуватися і підтримуватися у відкритій нелінійній системі, що перетворює енергію, або в частині такої системи з постійним енергопостачанням і виділенням енергії, тобто в межах постійного енергетичного потоку.
Дисипативні структури виникають лише в умовах, які описуються як віддалена нелінійна нерівноважна термодинаміка. Зазвичай вони знаходяться в динамічній рівновазі вхідної та вихідної енергії і можуть накопичувати частину енергії, що протікає, за допомогою процесів внутрішнього перетворення та затримувати частину потоку енергії. Вони стійкі до невеликих порушень.
Дисипативні структури мають багато спільного з біологічними організмами, тому живі істоти зазвичай зараховують до них. Земна поверхня, включаючи атмосферу, утворює нерівноважну енергоперетворювальну (дисипативну) систему, яка поглинає енергію через сонячну радіацію і випромінює її в космос за допомогою теплового випромінювання. У цій системі може утворюватися велика кількість дисипативних структур, таких як хмари, річки або циклони, але принаймні з точки зору термодинаміки, в основному також біологічні системи.