Az összes tudományos haladás közül az evolúció volt a legkeményebb az emberi egoon. Charles Darwin forradalmi elmélete, amelyet a fajok eredetéről szóló, úttörő 1859-es könyvében ismertett, azzal fenyegetőzött, hogy megdönti az emberiség magasztos helyzetét az univerzumban. Ugyanakkor ugyanabban a korszakban egy csendesebb - és látszólag független - tudományos forradalom is zajlott.
kapcsolodo tartalom
- Charles Darwin nagyapja híres volt a növényi szexről szóló verseiről
- Charles Darwin által kétszer ellopott levél visszatér a Smithsonianhoz
- Két tudós megosztja az evolúció elméletének hitelt. Darwin Híres; Ez a biológus nem.
- Charles Darwin evolúciója
Az entrópia fogalma a fizikában elég ártalmatlanul kezdődött, magyarázatként arra, hogy miért nem lehetnek gőzmozdonyok tökéletesen hatékonyak. De végül az entrópia a kialakult hierarchiát is veszélyeztette. Valójában az entrópia és az evolúció több mint véletlenszerűen összefüggenek.
Az entrópiát Ludwig Boltzmann osztrák fizikus támogatta és fejlesztette - aki szintén Darwin egyik legnagyobb promótere a fizikai közösségben. 1886-ban, négy évvel Darwin halála után Boltzmann tartott egy népszerű előadást az entrópiáról, amelyben azt mondta: „Ha arra kérdezel tőlem a legbelső meggyőződésemről, hogy századunkat a vas évszázadának, vagy a gőz vagy az elektromosság századának hívják, válaszolok. habozás nélkül: a természet mechanikus nézetének századának, Darwin századának hívják. ”
Boltzmann mégis több volt, mint csupán Darwin pompomlánya. Még mélyebben megértette az evolúciós elméletet, mint abban a korszakban, és felismerte annak alapvető gondolatainak teljes következményeit. Pontosabban megértette, hogy az evolúció és a hőfizika egyaránt támaszkodtak a történelem megértésére, és hogy az idő múlásával milyen kis változások halmozódnak fel. A 19. században ezek az ötletek annyira forradalmi voltak, hogy sokan eretneknek tekinthetők.
A csodálatos szakállán kívül Darwinnak és Boltzmannnak nem volt sok közös dolga az embereknél. Noha a munkájuk éve átfedésben volt, a két férfi soha nem találkozott. Darwin több mint egy nemzedékkel idősebb volt, és egy híres családból származó földes úriemberre nőtt fel; a betegség későbbi élete nagy részében otthon tartotta őt. Boltzmann az egyetemeken tanított és számos, a 20. századi fizika úttörőjét oktatta. Készleteket talált ki, verseket írt és széles körben utazott. Később depressziós epizódokkal küzdött, amelyeket írásban leírt, és 1906-ban öngyilkosságot követett el.
A felszínen az elméletek szintén távol estek egymástól. De nézzen mélyebben, és elválaszthatatlanul összefonódnak egymással.
Mind az evolúció, mind az entrópia sokan felborítják sok ember véleményét a „természetes” rendről. Darwin szerint az emberek más állatoktól származnak; hogy ugyanabban a családfában vagyunk, mint minden élőlény, egy természetes szelekciónak nevezett egyetemes folyamatnak alávetve. Boltzmann szerint a rendezett fizikai törvények rendetlenségeket okoznak, és megkövetelik tőlünk, hogy a statisztika és a megértés valószínűségének nyelvét használjuk. Mindkét ötlet befolyásolta a 19. századi nézetet a fejlődés és az örök fejlődés szempontjából, ám az elméletek szintén összefonódtak úgy, ahogy Boltzmann először ismerte fel.
A Galapagos-szigetek pintyei kulcsfontosságú példát jelentettek Darwin természetes szelekcióval történő evolúció elméletéhez. (MarcPo / iStock) Az entrópiát a gőzmotorokon dolgozó mérnökök fedezték fel. Rájöttek, hogy bármennyire is hatékonyak a gépeik, mindig veszített energia a folyamat során. Az energiát nem pusztították el (ez lehetetlen); csak nem volt elérhető használatra. Rudolf Clausius az energiaveszteség által meghatározott mennyiséget "entrópiának" nevezte, a görög transzformáció szójából és az a tény, hogy az "energiához" hasonlóan hangzik.
A fizikusok az entrópia célját a termodinamika második törvényében rögzítették, amely kimondja: A külső hatásoktól elválasztott folyamatok során az entrópia növekszik vagy állandó marad. Ez egy módja annak, hogy kozmikus értelemben mondjuk, hogy nincs szabad pénz. Minden tranzakció fizet valamit. De ha így határozza meg, akkor nem mondja el, mi az entrópia - és Boltzmann többet akart tudni.
A 19. században a tudósok egyesítették az emberi tudás különböző aspektusait: összekapcsolják az elektromosságot a mágnesességgel, új módszereket alkalmaznak a fizikában a kémiai elemek azonosítására és így tovább. Boltzmann Newton mozgás törvényeit akarta használni, amelyek szabályozzák a makroszkopikus tárgyak viselkedését, hogy megértsék a gázok viselkedését.
A precedente a "kinetikai elmélet" volt, James Clerk Maxwell által javasolt modell (akinek a legnagyobb hírnév az elektromosságot és a mágnesességet egyesítő elmélet, a fény elektromágneses hullámot mutat) és munkatársai. A kinetikai elmélet a mikroszkopikus gázrészecskék sebességét mérhető mennyiségekhez, például hőmérséklethez kötötte. Newton törvényei szerint ezeknek a részecskéknek az egyedi ütközéseknek azonosnak kell lenniük, ha megfordítja az idő irányát. Az entrópiának azonban mindig növekednie kell vagy változatlannak kell maradnia - visszafordíthatatlan.
A visszafordíthatatlanság az élet normális része. Üvegtörés és a víz ömlése a földre visszafordíthatatlan. Az üvegtöredékek és a vízmolekulák spontán újra nem alakulnak ki. A tésztát nem keverjük össze, a helyiségbe permetezett parfüm nem áramlik vissza a palackba. Boltzmann ezeket a reális visszafordíthatatlan eseményeket a mikroszkopikus fizika segítségével akarta magyarázni. Ezt megtette azzal, hogy megmutatta, hogy a hatalmas számú gázszemcsék továbbra is visszafordíthatatlan eredményeket hozhatnak.
Gondolj egy lezárt dobozra, amelynek mozgatható partíciója fel van osztva. Kísérletünkben a doboz felét valamilyen gázzal töltjük fel, majd kissé nyissuk meg a partíciót. A gáz egy része a partíció nyílásán megy keresztül, így egy idő után nagyjából azonos mennyiségű gáz van a doboz mindkét oldalán.
Ha a gáz felével kezdtük a doboz mindkét oldalán, majd kinyitottuk a partíciót, akkor szinte biztosan nem a végén egészen a doboz egyik oldalán lennénk, még akkor is, ha nagyon sokáig vártunk. Annak ellenére, hogy a részecskék vagy a részecskék, valamint a tartály falai közötti ütközések megfordíthatók, az eredmény nem.
Persze, lehetséges, hogy az összes gázrészecske spontán áramlik a tartály egyik oldaláról a másikra. De amint Boltzmann rámutatott, valószínűtlen, hogy nem kell aggódnunk. Ugyanígy az entrópia spontán módon csökkenhet, de ezt aligha teszi meg. Sokkal valószínűbb, hogy növekszik, vagy - ha a gázrészecskék egyenletesen oszlanak el a tartály oldalain - ugyanaz marad.
Az eredmény irányultság és visszafordíthatatlanság, annak ellenére, hogy teljesen megfordítható mikroszkopikus viselkedésből származik. Ebben Boltzmann kapcsolatot látott az entrópia és az evolúció között.
*****
A biológiában a generációk közötti apró változások önmagukban szándékaink és irányaink iránytalanok és véletlenszerűek. Darwin természetes szelekciós elmélete azonban megmutatta, hogy ezek miként vezethetnek visszafordíthatatlan változásokhoz, magyarázatot adva arra, hogy az új fajok miként alakulnak ki a meglévők közül. Darwin ezt a jelenséget "módosításokkal való leszármazásnak" nevezte, és bevezette a természetes szelekció ötletét annak érdekében, hogy működjön.
Boltzmann felismerte, hogy ez egy mély út a földi élet elterjedésének megértéséhez, ugyanúgy, mint az entrópia magyarázata a fizika visszafordíthatatlan folyamatainak mély megértéséhez. A visszafordíthatatlanságon túl felismerte azt is, hogy az élet magában foglalja a versenyt a rendelkezésre álló energia felett - vagy, egyenértékű módon fogalmazva, egy harcot az entrópia minimalizálása érdekében.
Az élő dolgok egy csomó tulajdonság. Ezen tulajdonságok némelyike adaptív, azaz segíti a szervezetet a túlélésben: lehetővé teszi az élelmet megtalálni, vagy pedig elkerülheti, hogy valami másnak élelmiszerré váljon. Más tulajdonságok hátrányosak, és némelyek semlegesek, nem hasznosak és nem ártalmasak is. A természetes szelekció az, ahogyan az evolúció kiválogatja az adaptív tulajdonságokat a hátrányos tulajdonságoktól.
(Boltzmann még Darwin elméletét is felhasználva azzal érvelt, hogy a világ működéséről alkotott elképzelések készítésének képessége elősegítette az emberiség túlélését és sikerét. Ez azt jelentette, hogy az emberi elme - sok filozófiai spekuláció tárgya - adaptív tulajdonság, a darwini alapelvek szerint .)
A természetes szelekció az élet durva nézete. De az élő dolgokhoz élelmet kell igénybe venni - vegyi anyagokat kell használni a levegőből, a talajból vagy más szervezetek táplálékából -, és ez azt jelenti a versenyt. A túlélő szervezetek adaptív tulajdonságaikat az utódoknak adják át, míg a káros tulajdonságok eltűnnek. Ha ezeknek a tulajdonságoknak elegendő része épül fel a generációk során, teljesen új fajok válhatnak fel. Az egyik ilyen faj a miénk volt: az emberek a természetes szelekció és az alkalmazkodás folyamatából születtek, akárcsak minden más élet.
Boltzmann mindkét elméletet azzal érvelte, hogy az élet küzdelme nem az energia feletti. A Föld rengeteg energiát kap a Napból, sokkal több, mint amit az élet a fotoszintézis formájában (és más növényeket és más növényeket és egyéb fotoszintetikusokat fogyasztó szervezetek) felhasznál. Az élet inkább az entrópia minimalizálására irányuló küzdelem azáltal, hogy a rendelkezésre álló energiát a lehető legtöbb mennyiségben elfogja.
Boltzmann betekintése Darwin elméletét az alapvető fizikához kötötte, ami egy lenyűgöző intellektuális eredmény. Megmutatta, hogy mind az evolúció, mind az entrópia befolyásolja az eredeti területein túli hatásokat. Manapság evolúciós algoritmusok és entrópiák vannak az információelméletben, és az evolúció arra a kritériumra vonatkozik, amelyet a NASA más világok életének kutatásakor használ.
Darwin és Boltzmann iker forradalmai élnek. Talán azt is mondhatnád, hogy együtt fejlődtek.
