27 Φεβ Εντροπία και ζωή – Εντροπία και χρόνος
Εντροπία και ζωή
Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, από τον πιο απλό μονοκύτταρο ως το πιο πολύπλοκο θηλαστικό, διατηρούν την περίπλοκη μορφή τους και τις λειτουργίες τους με συνεχή ανταλλαγή ύλης, ενέργειας και πληροφοριών με το περιβάλλον τους. Ο ζωντανός οργανισμός δημιουργεί περιπλοκότερα και με περισσότερη τάξη υλικά, από τα υλικά που διατρέφεται, περιπλοκότερες μορφές ενέργειας, από την ενέργεια που απορροφάει.
Η ζωή δηλαδή, έχει τη δύναμη να χτίζει περίπλοκα σχήματα από απλούστερα συστατικά, τάξη από αταξία.
Η ζωή έχει τη δύναμη της αρνητικής εντροπίας.
Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των ενζύμων που δρουν σε μικροσκοπική κλίμακα με αρνητική εντροπία, δηλαδή διοχετεύουν το χημικό δυναμικό τους προς τις κατευθύνσεις που έχουν επιλέξει.
Γιατί όμως πρέπει να υπάρχει μια τέτοια τάση για αύξηση της τάξης (ελάττωση εντροπίας);
Οι οργανωτικές δυνάμεις και οι νόμοι της οργάνωσης εφαρμόζονται στα διάφορα επίπεδα ζωής, από τις πρωτεΐνες και τους έλικες των νουκλεϊνικών οξέων ως τα ινίδια και τις ινώδεις δομές, από τα οργανίδια ως τα μιτοχόνδρια (που αναπλάθουν τον εαυτό τους, ύστερα από σοβαρές διαταραχές).
Η φύση αυτών των οργανωτικών δυνάμεων δεν είναι αρκετά γνωστή προς το παρόν, αλλά τα αποτελέσματά τους μπορούν να αποδειχθούν με το πείραμα.
Δεν έχουμε κανένα λόγο να αμφιβάλουμε ότι οι δυνάμεις αυτές είναι φυσικές ως προς την προέλευσή τους, βασίζονται δηλαδή στις γνωστές στοιχειώδεις φυσικές δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητική, πυρηνική κ.λπ.). Βέβαια το πρόβλημα της βιολογικής οργάνωσης απαιτεί άλλους τύπους νόμων, για τους οποίους προς το παρόν δεν έχουμε σαφή ιδέα.
Από την άλλη μεριά ας μη λησμονείται ότι η γήρανση πλήττει την ύλη, είτε πρόκειται για γονίδια (DNA), είτε για κύτταρα, είτε για ανθρώπους, είτε ακόμη και για την άβια ύλη.
Μια επιτυχής εξουδετέρωση της αύξησης της εντροπίας μέσα στα γερασμένα εγκεφαλικά κύτταρα θα μπορούσε να αλλάξει τη δομή ολόκληρης της κοινωνίας. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι ένας τρόπος για να αυξήσουμε την τάξη μέσα στα εγκεφαλικά κύτταρα, που όσο γερνάνε διασαλεύεται, θα ήταν να τροφοδοτήσουμε τον εγκέφαλο με DNA νεαρών κυττάρων μεταφυτευμένων πάνω σ’ έναν αβλαβή ιό.
Η πρόταση όμως αυτή, βασισμένη σε επιτυχή προκαταρκτικά πειράματα πάνω σε ποντικούς, φαίνεται να απέχει ακόμη πολύ από την πραγματοποίησή της στους ανθρώπους.
Κατά την πιο διαδεδομένη σήμερα θεωρία, τα γερατειά είναι αποτέλεσμα συσσωρευμένων λαθών, είτε στα γενετικά προγράμματα που περιέχονται στα κύτταρα, είτε σαν έκφραση του προγράμματος αυτών δηλαδή στην ικανότητα των κυττάρων για πρωτεϊνική σύνθεση.
«Η περιπέτεια αυτού του κόσμου οικοδομείται με μια μηχανική που παίζει ανάμεσα στην τάξη και την αταξία και η μία είναι απαραίτητη για την ύπαρξη της άλλης.»
Εντροπία και χρόνος
Αν κάποια κοσμική κινηματογραφική μηχανή κινηματογραφούσε τους πλανήτες για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ταινία θα ‘ταν σύμφωνη με τους νόμους της ουράνιας μηχανικής, είτε από την αρχή την προβάλουμε, είτε αντίστροφα από το τέλος.
Αν δεν γνωρίζαμε τη φορά κίνησης των πλανητών γύρω από τον ήλιο, δεν θα υπήρχε τρόπος να ξέρουμε ποια προβολή της ταινίας είναι η σωστή.
Όλοι οι βασικοί φυσικοί νόμοι είναι, κατά την τεχνική διαπίστωση, συμμετρικοί προς το χρόνο. Όσον αφορά τους νόμους αυτούς, ο χρόνος μπορεί να ρέει προς τα μπρος ή προς τα πίσω, η φορά του χρόνου δεν έχει καμιά σημασία.
Ο χρόνος στη θερμοδυναμική:
Αν βάλουμε ένα παγάκι μέσα στο νερό, το παγάκι θα λειώσει και το νερό θα γίνει πιο κρύο.
Αν η ταινία προβαλλόταν ανάποδα θα ‘ταν σίγουρα ψεύτικη, θα βλέπαμε το νερό να ζεσταίνεται και ένα μέρος του να γίνεται πάγος. Αυτό συμβαίνει γιατί η θερμότητα ρέει μόνο από το θερμόμετρο προς το ψυχρότερο σώμα.
Ο ατμός που ξεφεύγει από μια μηχανή ή μια καμινάδα διασκορπίζεται και ποτέ δεν ξαναγυρίζει πίσω.
Ένα κομμάτι από αλάτι διαλύεται στο νερό και αποκλείεται να δούμε το διαλυμένο αλάτι από μόνο του να μεταβληθεί σε αδιάλυτο κομμάτι.
2ος θερμοδυναμικός νόμος και χρόνος:
Στα πιο πάνω παραδείγματα παρατηρούμε ότι η πορεία ενός φαινομένου καθορίζεται από τον 2ο θερμοδυναμικό νόμο.
Σύμφωνα με το νόμο αυτό η εντροπία ενός μονωμένου συστήματος αυξάνει με την πάροδο του χρόνου μέχρι να επέλθει ισορροπία, οπότε η εντροπία αποκτάει τη μέγιστη τιμή της.
Άρα ο 2ος θερμοδυναμικός νόμος επιτρέπει μια αντικειμενική διάκριση του παρελθόντος από το μέλλον.
Μέλλον είναι η φορά του χρόνου κατά την οποία η εντροπία ενός μονωμένου συστήματος αυξάνει.
Μια αντίφαση της φυσικής:
Η μηχανική λοιπόν, σε αντίθεση με τη θερμοδυναμική, δεν κάνει καμιά διάκριση μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος.
Στη μηχανική ο χρόνος είναι διπλής κατεύθυνσης. Αν αλλάξουμε τη φορά της ταχύτητας ενός κινητού αυτό θα διατρέξει το ίδιο διάστημα, θα διανύσει την ίδια τροχιά στην αντίθετη κατεύθυνση.
Φαίνεται λοιπόν ότι βρισκόμαστε μπροστά σε μια αντίφαση. Ένας τρόπος να την ξεπεράσουμε είναι να θεωρήσουμε ότι έχουμε δύο διαφορετικές και ασύνδετες μεταξύ τους κατηγορίες φαινομένων. Τα μικροσκοπικά (ισχύουν οι νόμοι της μηχανικής) όπου έχουμε ισοδυναμία παρελθόντος και μέλλοντος και τα μακροσκοπικά όπου η διάκριση παρελθόντος και μέλλοντος είναι σαφής.
Μια τέτοια απάντηση δεν μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητική. Σε τελευταία ανάλυση μια είναι η φυσική πραγματικότητα και δεν μας επιτρέπεται να περιγράφουμε διάφορες όψεις της, με μεθόδους λογικά ασυμβίβαστες μεταξύ τους.
Ας πάρουμε για παράδειγμα ένα μονωμένο σύστημα που ξεκίνησε από μια κατάσταση (1) και κατέληξε στην τελική κατάσταση ισορροπίας (2). Σύμφωνα με το 2ο νόμο στη μεταβολή (1) → (2) η εντροπία αυξήθηκε. Σύμφωνα όμως με τη μηχανική η αντίθετη πορεία (2) → (1) είναι δυνατή, επομένως και η μείωση της εντροπίας.
Ποια είναι η απάντηση σ’ αυτή την αντίφαση;
θερμοδυναμική
εντροπία
ταλαντώσεις
Άγγελος & Σπύρος Σαββάλας
