Форум портала "Наука и религии мира"

Эволюция и термодинамика

Эволюция и термодинамика

Сообщение S.Eugene » Вс июл 06, 2008 01:05

Если смотреть на биологическую жизнь с точки зрения энергетических процессов, то живые системы это самоорганизующиеся подсистемы которые обеспечивают наиболее быстрое выравнивание состояния. (например: самоорганизующиеся конвекционные потоки в чайнике при подогреве).

.. Возникновение сложного из простого — это, казалось бы, злостное нарушение второго закона термодинамики. Второй закон требует постепенного выравнивания градиентов, разупорядочивания элементов и увеличения энтропии в системе. Тем не менее жизнь так специально устроена, чтобы поддерживать градиенты, упорядочивать элементы и уменьшать энтропию. Эти принципы справедливы как для одного организма, так и для целых экосистем, биот, эволюционных последовательностей. Значит ли это, что жизнь действительно противоречит законам физики?

В 70-е годы прошлого века Илья Пригожин (Нобелевская премия по химии, 1977 г.) провозгласил и доказал принцип самоорганизации и усложнения неравновесных систем. Он показал возможность появления сложного поведения открытых систем в условиях постоянного притока энергии. А живые объекты как раз и являются именно такими открытыми системами с притоком энергии и материи. С тех пор прошло уже немало времени, но теории эволюции открытых систем пока не создано. По всей вероятности, причиной тому конфликт понятийного аппарата дарвиновской теории естественного отбора Дарвина и физики. Физические величины можно так или иначе подсчитать, а вот как подсчитать приспособленность? Эрик Смит (Eric Smith), физик из Института Санта-Фе (Santa Fe Institute, Нью-Мексико, США), предлагает новый понятийный аппарат для описания эволюции в частности и жизни в целом.

По его мнению, самоорганизующиеся системы — это особые машины для выравнивания градиентов. Он предлагает рассматривать жизнь как один из частных случаев такой конструкции для быстрого выравнивания градиентов. Если создается градиент каких-то условий, например температурный градиент от тропиков к полюсам, то создаются упорядоченные и предсказуемые атмосферные структуры, а проще говоря — ветер, который выравнивает этот градиент. И делает он это несравненно быстрее, чем если бы температура выравнивалась в статичной атмосфере. Так что сложные структуры, возникающие в системе с постоянным потоком энергии, сами по себе работают строго в соответствии со вторым законом термодинамики — выравнивают градиенты и увеличивают энтропию.

В этом отношении работа живых систем не отличается от работы систем физических или химических. Живые организмы призваны накапливать в себе энергию и рассеивать ее по пространству планеты, быстро избавляя ее от градиентов энергии и материи. Тем самым жизнь не только не противоречит второму закону термодинамики, но даже и всячески его подтверждает. И чем эффективнее организм фиксирует градиент материи и энергии (пищи, тепла, солнечной и химической энергии), чем быстрее он их усваивает и передает по пищевой цепи или просто рассеивает в пространстве, тем более уравновешенной становится система. Так, заросший пруд с водорослями и планктоном зафиксирует и передаст в систему планеты гораздо больше энтропии, чем резервуар со стерильной водой. А ведь эволюция как раз и направлена на то, чтобы создавать организмы, эффективно усваивающие и передающие дальше энергию и материю.

Таким образом, парадокс эволюции заключается в том, что, создавая сложные биологические системы, эволюция увеличивает общую энтропию планеты, а вовсе не уменьшает ее. В открытой неравновесной системе наиболее вероятным будет такое положение, которое наилучшим и наискорейшим образом уберет градиенты и увеличит энтропию. ...

http://elementy.ru/news/430520

О направляющей силе эволюции (Тарасов Д)
http://atheistic.narod.ru/biology/d_tar ... lution.htm

Почему человек считает результатом эволюции увеличение порядка? (А. Хазен)
http://atheistic.narod.ru/assorted/hazen_evolution.htm

История с энтропией (Губин В. Б.)
http://www.atheistic.narod.ru/assorted/ ... ntropy.htm
Аватара пользователя
S.Eugene
 
Сообщения: 891
Зарегистрирован: Чт янв 31, 2008 19:18

Re: Эволюция и термодинамика

Сообщение Сестра милосердия » Вс июл 06, 2008 02:16

SE писал(а):
Таким образом, парадокс эволюции заключается в том, что, создавая сложные биологические системы, эволюция увеличивает общую энтропию планеты, а вовсе не уменьшает ее. В открытой неравновесной системе наиболее вероятным будет такое положение, которое наилучшим и наискорейшим образом уберет градиенты и увеличит энтропию. ...

http://elementy.ru/news/430520[/quote]
В одной из тем мы уже обсуждали этот вопрос. Я тогда пыталась защитить мысль о том, что научно-технический прогресс человечества дорого обошелся нашей матушке-Земле. Истощаются её недра, скудеет фауна и флора, загрязнены все среды: воздух, почва, вода. Такова плата за духовную эволюцию. И Космос готов платить, потому что ради этого - ради развития в материи разума, осознавшего себя и Вселенную, и создано мироздание (см. АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП).
"Для религии Бог стоит в начале, а для науки - в конце всего мышления"
Макс Планк
Аватара пользователя
Сестра милосердия
 
Сообщения: 873
Зарегистрирован: Сб мар 22, 2008 03:06
Откуда: г.Киев

Re: Эволюция и термодинамика

Сообщение Nail Lowe » Ср июл 09, 2008 23:27

Сестра милосердия писал(а):В одной из тем мы уже обсуждали этот вопрос. Я тогда пыталась защитить мысль о том, что научно-технический прогресс человечества дорого обошелся нашей матушке-Земле. Истощаются её недра, скудеет фауна и флора, загрязнены все среды: воздух, почва, вода. Такова плата за духовную эволюцию. И Космос готов платить, потому что ради этого - ради развития в материи разума, осознавшего себя и Вселенную, и создано мироздание (см. АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП).
Вы своим АНТРОПНЫМ ПРИНЦИПОМ каждую тему будете обогащать? Мироздание не создано, тем более - с какой-то целью.
Аватара пользователя
Nail Lowe
Администратор
 
Сообщения: 589
Зарегистрирован: Вс дек 16, 2007 22:05
Откуда: Москва

Re: Эволюция и термодинамика

Сообщение novvak_ » Вт июл 26, 2011 19:14

Второе начало термодинамики имеет несколько равноценных формулировок.
* Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым.
* Возможно полное превращение работы в теплоту, но не наоборот. Другими словами, невозможно превратить всю теплоту в работу, не производя никаких других изменений в системе.

Второе начало термодинамики налагает запрет на существование вечного двигателя второго рода – такого двигателя, который совершал бы работы ровно столько, сколько потреблял теплоты. С другой стороны, согласно второму принципу термодинамики в изолированной системе могут проходить только те процессы, которые сопровождаются увеличением энтропии.

Земля не является изолированной системой – она непрерывно получает энергию от Солнца - на протяжении 4.5 миллиардов лет своей истории. Энтропия неизолированной системы может, как увеличиваться, так и уменьшаться.

Термодинамическая энтропия и энтропия информационных процессов - это разные величины, что видно хотя бы из того, что информационная энтропия не является термодинамическим параметром. (взято с http://chemistry-chemists.com/N2_2010/29-42.pdf)

Первое и второе начало термодинамики, если говорить просто, запрещают существование вечных двигателей первого и второго рода соответственно.

Разве эволюционная биология постулирует существование вечного двигателя?

Если бы энтропия только увеличивалась, были бы не возможными процессы кристализации и оборазования снежинок.
http://vkontakte.ru/ciconia - Теория беременности неверна! Креаистонизм (креационизм) ))))
novvak_
 
Сообщения: 37
Зарегистрирован: Вт июл 26, 2011 15:25
Откуда: Киев

Re: Эволюция и термодинамика

Сообщение novvak_ » Вт июл 26, 2011 19:17

Порядок - понятие относительное. Например, если вы находитесь в закрытой системе (точнее в условиях идеально близких к ней), в некоторой комнате. В комнате БЕСПОРЯДОК, предметы разбросаны, на столе детали от различных механизмов. После того как вы сделаете в этой комнате уборку, ПОРЯДОК (в обыденном смысле), с деталей соберете часы, компьютер, то с т.з. термодинамики ЭНТРОПИЯ, "беспорядок" (которую часто плутают с беспорядком вообще) НЕ УМЕНЬШИТСЯ, даже увеличится, (2-е начало термодинамики).

Образования структур ("порядка") в переменных силовых полях может идти из УВЕЛИЧЕНИЕМ ЭНТРОПИИ (увеличением термодинамического "беспорядка") (что согласуется с 2-м началом термодинамики). Первые примеры идут еще от И.Ньютона - образование звезд из огромных газовых облаков (правда, он не оперировал термодинамикой, а энтропию рассчитали позже). Здесь существенную роль играет гравитация; и даже мелкие неоднородности в распределение плотностей со временем дают болеее и более "контрастную картину" (самоорганизация структур), и это даже энергетически выгодно, образовывать структуры. И как показывают те же расчеты, ведет к увеличению энтропии.

Энтропия имеет отношение к эволюции (если понимать ее как изменение информации в геноме) в первую очередь та, которая определяется по Шеннону, то есть информационная. Иными словами 2-е начало термодинамики к информационным процессам не применимо. Термодинамическая энтропия играет важную роль не только в эволюции, но и для существования жизни вообще. Удивительно то, что, сопротивляясь энтропии, эволюция на самом деле этой самой энтропией движима.

То что часы ломаются, гвозди ржавеют - это имеет лишь косвенное отношение к термодинамике и ее второму началу: "Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему". Как последняя формулировка противоречит эволюции? Очевидно - никак!
http://vkontakte.ru/ciconia - Теория беременности неверна! Креаистонизм (креационизм) ))))
novvak_
 
Сообщения: 37
Зарегистрирован: Вт июл 26, 2011 15:25
Откуда: Киев

Re: Эволюция и термодинамика

Сообщение novvak_ » Вт июл 26, 2011 19:18

Креационисты часто отождествляют понятия простой и беспорядочный (сложный и упорядоченый).

Рассмотрим молекулу ДНК: АААААААААААААА... - она простая, но УПОРЯДОЧЕННАЯ. А молекула ДНК в клетке человека (что-то типа ААГЦГГГАЦГАЦАЦГ...) - сложная, но МЕНЕЕ УПОРЯДОЧЕННАЯ чем первая.

Энтропия (информационная) ДНК в первом случае МЕНЬШЕ чем во втором (это легко следует из математической формулы для энтропии; в первом случае она равна нулю, во втором - положительна). Получается, что переход от простого к сложному может быть более вероятен чем наоборот. Конечно, ДНК сама по себе не "эволюционирует". Она копируется, и эволюция - это, грубо говоря, процесс изменения ее копий (причем ее якобы "случайность" на самом деле "фильтруется" отбором). При этом затрачивается работа и КПД этого процесса <100%, что соответствует законам термодинамики. Энтропия (термодинамическая) Вселенной в процессе эволюции возрастает. И, кстати, креационисты часто смешивают понятия информационной и термодинамической энтропии. Второе начало термодинамики не применимо к теории информации. Хотя теория информации и включает понятие, называемое "энтропией", которая имеет нечто общее с термодинамической "энтропией", две энтропии не являются синонимами;

Ev-программа, написанная Томасом Шнайдером, показывает, как именно образование "порядка" происходит в контролируемых генетических системах посредством селекционного процесса в согласии с мерой информации Шеннона.

Кроме того, законы термодинамики ничего не утверждают о сложности систем. И ввиду того, что эволюция, не зависимо от формы её определения, происходит не в замкнутых системах, второе начало термодинамики не может быть к ней применено.

Рассмотрим еще интересный пример. Пусть в изолированной системе пребывают в тепловом контакте два тела - одно горячее, другое холодное. После выравнивания температур (перехода в равновесное состояние) энтропия первоначально горячего тела меньшая чем в начале (но, энтропия системы в целом - выше). Второе начало термодинамики говорит, что суммарная энтропия замкнутой системы (в целом) не уменьшается. В отдельно взятых телах (как в нашем примере) она даже должна уменьшатся. Подумайте над этим над чашкой горячего кофе)))

Еще примеры. Возьмем две колбы, в первой - вода и сахар. Во второй - вода и растительное масло. Если в первом случае сначала сахар будет лежать на дне колбы, а вода будет сверху,то потом сахар растворится и концентрация сахара во всех частях колбы будет примерно одинакова. При этом энтропия системы возрастет. В другом примере, если ничего не делать, то вода быдет снизу, масло сверху. Если первоначально мы имели однородную смесь, то со временем масло поднимется вверх, вода опустится вниз (характер процесса противоположный чем в случае "вода-сахар"). Но во всех случаях энтропия повысится! Второй случай немного напоминает действие дарвиновского отбора.

Так, что биосфера эволюционирует благодаря, а не вопреки термодинамике.
http://vkontakte.ru/ciconia - Теория беременности неверна! Креаистонизм (креационизм) ))))
novvak_
 
Сообщения: 37
Зарегистрирован: Вт июл 26, 2011 15:25
Откуда: Киев


Вернуться в Вопросы эволюции

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2