Противоречит ли теория эволюции второму закону термодинамики?

Это полностью развенчанная улика креационистов. Посмотрите на небо в солнечный день и посмотрите на невероятный источник энергии для земли. Чтобы получить базовое руководство по эволюции, перейдите на эту страницу и воспользуйтесь многочисленными доступными ссылками . Похоже, у вас серьезное недопонимание и просто плохая информация, которой вы подверглись.

Как ВСЕЛЕННАЯ, в целом все идет к большей энтропии, но локально мы видим, что энтропия все время уменьшается . Или вы сомневаетесь, что родились? Переход от яйцеклетки и сперматозоида к взрослой особи, похоже, нарушает ваше понимание второго закона термодинамики. Как уже неоднократно повторялось, Земля не является замкнутой системой. Локальная энтропия уменьшается по всему земному шару, все время. Конечно, в целом в нашей Солнечной системе, из-за того, как работает наше Солнце и все другие элементы Вселенной, мы все еще наблюдаем чистое увеличение энтропии во Вселенной. И через несколько триллионов и триллионов лет окончательной судьбой Вселенной (насколько мы можем судить) станет предельная энтропия, известная как тепловая смерть .

Поскольку это утомительная утка, я сошлюсь на опровержение, написанное научным писателем под псевдонимом Калилассия , у которого есть что сказать (простите за стиль письма, он британец, и слегка раздражен тем, что ему приходится втягивать такую ​​бессмысленную информацию). аргумент) ( Кроме того, этот большой блок текста воспроизводится с разрешения в любом месте в Интернете, как изначально было указано на цитируемой веб-странице ):

[27] Утомительные утки об эволюции и законах термодинамики.

И как утомительны эти утки. Не в последнюю очередь потому, что в прошлом они были развенчаны, даже без ссылки на соответствующую научную литературу, людьми, обращающими внимание на научные основы. После обращения к соответствующей научной литературе эти утки становятся явно глупыми.

Я начну со Второго Закона Термодинамики, потому что он излюбленный креационистами, хотя, когда креационисты повторяют эту благовидную чепуху, они просто демонстрируют, что ничего не знают о соответствующей физике и, конечно же, никогда не обращали внимания на настоящую физику. слова Рудольфа Клаузиуса, который установил законы термодинамики и был при этом строгим. Поэтому давайте посмотрим, что на самом деле сказал Клаузиус, не так ли?

Рудольф Клаузиус возводит это утверждение второго закона термодинамики:

В изолированной системе процесс может происходить только в том случае, если он увеличивает общую энтропию системы.

Теперь Клаузиус строго определил, что имелось в виду под тремя различными классами термодинамических систем, и в своей работе ясно указал, что действие законов термодинамики в каждом случае слегка различается. Три класса системы, определенные Клаузиусом, были следующими:

[27a] Изолированная система — это система, которая не участвует в обмене энергией или веществом с окружающей средой;

[27b] Замкнутая система — это система, которая участвует в обмене энергией с окружающей средой, но не участвует в обмене материей с окружающей средой;

[27c] Открытая система — это система, которая участвует в обмене веществом и энергией с окружающей средой.

Теперь приведенное выше утверждение Клаузиуса ясно и явно относится к изолированным системам ., которые до сих пор считались идеализированной абстракцией, поскольку никогда не было найдено ни одной действительно изолированной системы. Действительно, чтобы создать хотя бы приближение к изолированной системе для проведения точных калориметрических измерений, физикам приходится прибегать к значительной изобретательности, чтобы свести к минимуму обмен энергией с окружающей средой, особенно с учетом всепроникающей природы тепла. Даже в этом случае они не могут сделать систему полностью изолированной, потому что им нужно иметь какие-то средства для получения данных измерений из этой системы, которые должны быть переданы в окружающую среду, а сам этот процесс требует энергии. Физики могут построить только закрытую систему, в которой благодаря большой изобретательности обмен энергией с окружающей средой сведен к минимуму и точно контролируется.

Однако Земля явно является открытой системой. Он получает не только большое количество энергии извне (подсказка: видите ту большую желтую штуку в небе?), но и получает около 1000 тонн вещества в год в виде частиц метеоритного происхождения из космическое пространство. Некоторые из этих «частиц» иногда бывают достаточно большими, чтобы оставлять в земле кратеры, как, например, в Аризоне. Эта конкретная вмятина на поверхности Земли имеет 1200 метров в диаметре, 170 метров в глубину и имеет гребень из материала по краям, который возвышается на 45 метров над непосредственным ландшафтом. до 20-мегатонной ядерной бомбы. Вряд ли это характеристика изолированной системы.

Действительно, физикам давно известно, что если конкретная система является чистым получателем энергии извне, то эта энергия может быть использована внутри этой системы для выполнения полезной работы. Именно это и делают живые организмы. Действительно, они используют только небольшую часть доступной поступающей энергии, но этого достаточно для питания всего разнообразия биосферы и развития организмов, которые со временем становятся все более изощренными. Ученые опубликовали множество работ (из которых мне известно двенадцать, и это неполный перечень имеющейся литературы), в которых были выполнены расчеты, демонстрирующие, что использование энергии биосферой и эволюцией на порядки мало, чтобы нарушить термодинамические соображения. Соответствующие документы, о которых идет речь:

Энтропия и эволюция Дэниела Ф. Стайера, American Journal of Physics, 78(11): 1031-1033 (ноябрь 2008 г.) DOI: 10.1119/1.2973046

Естественный отбор как физический принцип Альфреда Дж. Лотки, Труды Национальной академии наук США, 8: 151–154 (1922), полную статью можно загрузить отсюда .

Эволюция биологической сложности Кристофа Адами, Чарльза Офрии и Трэвиса С. Коллиера, Труды Национальной академии наук США, 97(9): 4463-4468 (25 апреля 2000 г.) Полную статью можно загрузить отсюда .

Порядок из беспорядка: термодинамика сложности в биологии Эрика Д. Шнайдера и Джеймса Дж. Кея, в книге Майкла П. Мерфи, Люка А. Дж. О'Нила (редактор), Что такое жизнь: следующие пятьдесят лет. Размышления о будущем биологии, издательство Кембриджского университета, стр. 161–172. Полную версию статьи можно загрузить отсюда .

Естественный отбор для наименьшего действия, Вилле Р.И. Кайла и Арто Аннила, Proceedings of the Royal Society of London Part A, 464: 3055-3070 (22 июля 2008 г.) Полный документ можно загрузить здесь

Эволюция и второй закон термодинамики, Эмори Ф. Банн, arXiv.org, 0903.4603v1 (26 марта 2009 г.) Загрузите полную статью здесь

Во всех этих рецензируемых работах на основе тщательной эмпирической и теоретической работы установлено, что эволюция полностью согласуется со вторым законом термодинамики. Я подробно рассматриваю некоторые из них в этом посте , и здесь следует отметить, что представление о том, что эволюция предположительно является «нарушением» Второго закона термодинамики, было отвергнуто в статье, написанной в 1922 году, а это означает, что креационисты, выдвигающие это canard не знакомы с научной литературой, опубликованной более восьмидесяти лет назад.

При освещении этой темы также необходимо иметь дело с уткой о том, что энтропия равна «беспорядку». Это нестрогий взгляд на энтропию, от которого некоторое время назад отказались ученые, занятые точной работой. Не в последнюю очередь потому, что есть задокументированные примеры систем, которые имеют точно рассчитанное увеличение энтропии после спонтанной самоорганизации в четко определенные структуры. Фосфолипиды являются классическим примером такой системы: суспензия фосфолипидов в водном растворе будет спонтанно самособираться в такие структуры, как мицеллы, двухслойные листы и липосомы, при получении энергии, состоящей не более чем из легкого перемешивания. Другими словами, просто встряхните бутылку. Кроме того, в следующей научной статье подробно обсуждается тот факт, что энтропия может увеличиваться, когда система становится более упорядоченной.

Мягкая сила энтропии соединяет дисциплины Дэвида Кестенбаума, Science, 279: 1849 (20 марта 1998 г.)

Кестенбаум, 1998 г. писал: Обычно энтропия является силой беспорядка, а не организации. Но недавно физики исследовали, каким образом увеличение энтропии в одной части системы может заставить другую часть привести к большему порядку. Полученные данные возродили предположения о том, что живые клетки могут воспользоваться этим малоизвестным физическим трюком.

Энтропия, строго определенная, измеряется в джоулях на кельвин и, следовательно, является функцией зависимости энергии от термодинамической температуры. Дело в том, что если термодинамическая температура увеличивается, то полная энтропия данной системы уменьшается, если в систему не вводилась дополнительная энергия, обеспечивающая повышение термодинамической температуры. Отличным примером этого является звездообразование, поскольку термодинамическая температура в ядре газового облака увеличивается по мере того, как облако сливается под действием силы тяжести. Все, что требуется для повышения температуры ядра до точки, при которой начинается ядерный синтез, — это достаточная масса. Никакая внешняя энергия не добавляется к системе. Следовательно, энтропия в ядре уменьшается из-за влияния гравитации, повышающей термодинамическую температуру.

СТОП НАЖМИТЕ: как бы подкрепляя этот момент, мое внимание только что привлекла эта научная статья:

Неупорядоченные, квазикристаллические и кристаллические фазы плотно упакованных тетраэдров Амир Хаджи-Акбари, Майкл Энгель, Аарон С. Киз, Сяою Чжэн, Рольф Г. Петшек, Питер Палффи-Мухорай и Шарон С. Глотцер, Nature, 462: 773-777 ( 10 декабря 2009 г.)

Аннотация достаточно информативна здесь:

Хаджи-Акбари, 2009 г. писал: Улам предположил, что все твердые выпуклые формы упаковываются более плотно, чем сферы1, у которых максимальная доля упаковки φ = π/∫18 ≈ 0,7405. Простые решетчатые упаковки многих форм легко превосходят эту долю упаковки 2, 3. Для правильных тетраэдров эта гипотеза подтвердилась лишь совсем недавно; упорядоченное расположение было получено с помощью геометрического построения с φ = 0,7786 (ссылка 4), которое впоследствии было численно сжато до φ = 0,7820 (ссылка 5), а сжатие с другими начальными условиями привело к φ = 0,8230 (ссылка 6). Здесь мы показываем, что тетраэдры упаковываются еще плотнее и совершенно неожиданным образом. Следуя концептуально другому подходу, используя термодинамическое компьютерное моделирование, которое позволяет системе естественным образом развиваться в направлении состояний высокой плотности,мы наблюдаем, что жидкость твердых тетраэдров претерпевает фазовый переход первого рода в додекагональный квазикристалл7, 8, 9, 10, который может быть сжат до степени упаковки φ = 0,8324. При сжатии кристаллического аппроксиманта квазикристалла наибольшая доля упаковки, которую мы получаем, составляет φ = 0,8503. При подавлении квазикристаллообразования система остается неупорядоченной, заклинивает и сжимается до φ = 0,7858. И заклиниванию, и кристаллизации предшествует управляемый энтропией переход от простой жидкости независимых тетраэдров к сложной жидкости, характеризуемой тетраэдрами, расположенными в плотно упакованных локальных мотивах пятиугольных дипирамид, которые образуют перколяционную сеть при переходе.Квазикристалл, о котором мы сообщаем, представляет собой первый пример квазикристалла, сформированного из твердых или несферических частиц. Наши результаты показывают, что форма и энтропия частиц могут создавать очень сложные упорядоченные структуры.

Как будто статьи Кестенбаума об энтропии, управляющей упорядоченными системами, и эмпирических данных по фосфолипидам было недостаточно, теперь у нас есть это. Следовательно, послание креационистам простое: не утруждайте себя тратой времени на публикацию слухов о том, что «эволюция нарушает второй закон термодинамики», потому что теперь они действительно опровергнуты.

Однако некоторые креационисты выдвигают родственную и в некоторых отношениях даже более глупую утку о том, что эволюция каким-то образом нарушает Первый закон термодинамики. Угадайте, кто предоставил нам строгие заявления об этом законе? Правильно, снова Рудольф Клаузиус. Давайте посмотрим, что он на самом деле сказал по этому поводу, не так ли? Формулировка Клаузиуса первого закона термодинамики такова:

Увеличение внутренней энергии системы равно количеству энергии, поступающей в систему при нагревании, за вычетом энергии, теряемой в результате работы, совершаемой системой над окружающей средой.

Математическое выражение которого:

dU = δQ - δW

Если процесс обратим, то его можно переформулировать в терминах точных дифференциалов, заметив, что δW равно PdV, где P — внутреннее давление, а V — занимаемый объем, и что δQ равно TdS, где T — термодинамическая температура, а S — энтропия системы. Следовательно, это становится dU = TdS — PdV.

О, посмотри. Клаузиус явно сформулировал Первый закон термодинамики с точки зрения обмена энергией внутри системы. Он НЕ предполагал их постоянство. Действительно, строгое формулирование Первого закона термодинамики явно учитывает возможность того, что система может быть получателем энергии, которую можно использовать для выполнения полезной работы. Следовательно, креационистские утки, выдвинутые в отношении Первого закона термодинамики, являются недействительными по тем же причинам, что и выдвинутые в отношении Второго закона термодинамики, — эти утки не только полностью игнорируют первоначальные и строгие формулировки этих законов Клаузиусом, но и полностью игнорируют то, что Клаузиус сформулировал. его формулировки об обмене энергией между системой и ее окружением, но полагаться на прямое искажение этих законов.

Действительно, Клаузиус имел в виду обмен энергией и в отношении второго закона термодинамики, поэтому утверждение об энтропии было сформулировано в терминах изолированной системы, которая не участвует в таком обмене с окружающей средой. Когда происходит обмен энергией, действие Второго закона термодинамики в таких системах несколько отличается.

Я также хотел добавить немного о вашем глупом утверждении, что это только теория... Поверьте мне, это факт, и это отказ от реальности на всеобщем уровне, чтобы утверждать что-либо иное. Механизмы, посредством которых происходит эволюция, также достаточно хорошо изучены, но есть тонкости, над которыми еще предстоит работать. Эволюция — это такая же теория, как и гравитация, только мы знаем об эволюции гораздо больше, чем о гравитации.

6 Научные теории НЕ являются догадками .

Это любимая (и полностью двуличная) утка, любимая креационистами, и она основана на том факте, что в повседневном употреблении английские слова нагружены множеством значений. Это НЕ имеет место в науке, где используемые термины точно определены. Точное определение, подходящее здесь, — это определение теории. В науке теория представляет собой интегрированное объяснение класса представляющих интерес наблюдаемых феноменов реального мира, которые были подвергнуты прямой эмпирической проверке на предмет их соответствия наблюдаемой реальности и которые, как было установлено в результате такой проверки, соответствии с наблюдаемой реальностью. Именно потому, что научные теории подверглись прямой эмпирической проверке и прошли указанную эмпирическую проверку, они ЯВЛЯЮТСЯ теориями и, следовательно, пользуются высоким статусом в мире научного дискурса.

Если вам нужна хорошая визуализация эволюции, возможно, эта картинка поможет вам в сокращении: ЭТО — логический процесс, который, кажется, ускользает от людей, отрицающих эволюцию. Опять же, я предлагаю вам прочитать больше по одной из ранее предоставленных ссылок .

Второй закон термодинамики утверждает, что общая энтропия увеличивается, он не запрещает локальное уменьшение энтропии, которое компенсируется большим увеличением энтропии где-то еще в системе. У вас все еще может быть локальное уменьшение энтропии, даже если общая энтропия увеличивается.

Во-вторых, хотя Вселенную можно рассматривать как закрытую систему, Земля, безусловно, не является закрытой системой. Она получает постоянный приток энергии от солнца и поэтому не является замкнутой системой.

Хотя общая энтропия увеличивается, локальная энтропия в некоторой точке пространства может уменьшаться, если это уменьшение адекватно компенсируется увеличением энтропии в другом месте.

Эволюция на Земле может уменьшить энтропию на Земле, но это более чем компенсируется увеличением энтропии на Солнце. Вы даже можете сделать некоторые предварительные расчеты, чтобы получить представление о цифрах.

Очень печально, что креационисты продолжают повторять этот термодинамический аргумент и игнорировать его очевидную ошибочность.

Обратите также внимание на то, что эволюция — это факт . Это не теория . Теория , о которой вы говорите, называется Теория эволюции путем естественного отбора . Кроме того, повседневное использование слова « теория » отличается от того, как его используют ученые. Для большинства людей это означает «догадка, недоказанное утверждение». Для ученых теория — это наилучшая доступная в настоящее время модель, объясняющая все имеющиеся наблюдения, относящиеся к определенной области. Эволюция — это «всего лишь теория» в том же смысле, в каком электромагнетизм — это «всего лишь теория».

Позвольте мне предложить вам никогда не принимать цитаты из креационистской литературы.

ПОЛНАЯ цитата доктора Джона Росса из Стэнфорда:

СЭР: Я имею в виду статью под названием «Физическая химия», C&EN, 2 июня, стр. 20. Ближе к концу статьи говорится: «Еще одна область, в которой физическая химия, вероятно, имеет важные биологические приложения, — это изучение свойств устойчивые состояния, далекие от равновесия. Это стабильные системы, которые не следуют второму закону термодинамики, вместо этого им требуется постоянный источник энергии извне, чтобы поддерживать себя». Имейте в виду, что нет известных нарушений второго закона термодинамики.Обычно второй закон формулируется для изолированных систем, но второй закон в равной степени применим и к открытым системам.Я понимаю, что очень трудно написать статью на две страницы по такому широкому предмету, как физическая химия, и обычно я не стал бы указывать на мелкие ошибки. Однако с областью далеко неравновесных явлений каким-то образом связано представление о том, что для таких систем второй закон термодинамики не выполняется. Важно убедиться, что эта ошибка не повторяется. "

Жирным шрифтом обозначена моя цитата креационистов. Обратите внимание, что д-р Росс просто утверждает, что системы, описанные в статье, СЛЕДУЮТ 2-МУ ЗАКОНУ, ТРЕБУЯ ПОСТОЯННОЙ ПОДАЧИ ЭНЕРГИИ ИЗ ВНЕ СИСТЕМЫ. То же самое можно сказать и о биосфере Земли. Постоянный приток солнечной энергии позволяет семенам прорастать в растения, плодам вырастать в младенцев, а младенцам вырастать во взрослых, не нарушая второй закон. Этот непрерывный ввод энергии также позволяет происходить эволюции. Любое уменьшение энтропии, наблюдаемое в биосфере, более чем компенсируется увеличением энтропии на Солнце.

Самый простой ответ на ваш вопрос заключается в том, что теория эволюции не утверждает, что жизнь будет продолжать развиваться вечно. « Тепловая смерть Вселенной » вполне может означать конец жизни. Если да, то это не имеет никакого отношения к теории эволюции, которая является теорией о том, как возникла жизнь и как она будет продолжать работать. Итак, отвечая на вопрос,

Поскольку Вселенная является замкнутой системой, энтропия будет постоянно увеличиваться, и, следовательно, беспорядок в нашей Вселенной будет идти в гору. Как на это отвечает эволюция?

Эволюция говорит: «Хорошо. Это не связано с явлениями, которые описывает эволюция, потому что шкала времени, в которой космологические соображения об энтропии становятся важными, составляет сотни миллиардов лет.

Тем не менее, это интересный вопрос, может ли жизнь продолжаться бесконечно. Единственная работа, которую я знаю по этому поводу, — это доклад Фримена Дайсона . Дайсон заключает, что в открытой Вселенной (вечно расширяющейся по мере своего развития в соответствии с общей теорией относительности) разумная жизнь потенциально может бесконечно продолжать создавать идеи и делиться ими. Доклад кратко изложен в Википедии .

Однако работа Дайсона датируется 1979 годом, до открытия ускорения Вселенной , и я не знаю о каких-либо попытках обновить его работу, чтобы отразить наше новейшее понимание космологии.