Dintre toate progresele științifice, evoluția a fost cea mai grea pe ego-ul uman. Teoria revoluționară a lui Charles Darwin, prezentată în cartea sa din 1859 despre originea speciilor, amenința să răstoarne poziția exaltată a umanității în univers. Totuși, în aceeași epocă, a avut loc și o revoluție științifică mai liniștită - și aparent fără legătură -.
Continut Asemanator
- Bunicul lui Charles Darwin a fost faimos pentru poeziile sale despre sexul plantelor
- O scrisoare scrisă de Charles Darwin, De două ori furată, se întoarce la Smithsonian
- Doi oameni de știință împărtășesc creditul pentru teoria evoluției. Darwin Got Famous; Acest biolog nu a făcut-o.
- Evoluția lui Charles Darwin
Conceptul de entropie în fizică a început suficient de inofensiv, ca o explicație pentru ce motoarele cu aburi nu ar putea fi niciodată perfect eficiente. Dar în cele din urmă, entropia a amenințat și o ierarhie consacrată. Și, de fapt, entropia și evoluția au fost mai mult decât întâmplător.
Entropia a fost promovată și elaborată de fizicianul austriac Ludwig Boltzmann, care s-a întâmplat, de asemenea, să fie unul dintre cei mai mari promotori ai comunității fizice. În 1886, la patru ani de la moartea lui Darwin, Boltzmann a ținut o prelegere populară despre entropie în care a spus: „Dacă mă întrebați despre convingerea mea cea mai interioară dacă secolul nostru va fi numit secolul fierului sau secolul aburului sau al electricității, vă răspund. fără ezitare: va fi numit secolul viziunii mecanice asupra naturii, secolul lui Darwin. "
Cu toate acestea, Boltzmann a fost mai mult decât un simplu majorat al lui Darwin. El a înțeles teoria evoluției mai profund decât majoritatea din acea epocă și a recunoscut implicațiile depline ale ideilor sale de bază. Concret, el a înțeles cum evoluția și fizica căldurii se bazează atât pe înțelegerea istoriei, cât și pe cât de mici se acumulează în timp. În secolul al XIX-lea, aceste idei au fost atât de revoluționare încât au fost considerate eretice pentru mulți.
În afară de magnificele lor barbă, Darwin și Boltzmann nu aveau prea multe în comun ca oameni. Deși viața lor de muncă s-a suprapus de mulți ani, cei doi bărbați nu s-au mai întâlnit niciodată. Darwin avea mai mult de o generație mai în vârstă și a crescut un domn debarcat dintr-o familie celebră; boala l-a ținut acasă o mare parte din viața sa ulterioară. Boltzmann a predat în universități și i-a instruit pe mulți viitori pionieri ai fizicii secolului XX. A inventat gadgeturi, a scris poezie și a călătorit pe larg. Ulterior s-a luptat cu episoadele depresive, pe care le-a descris în scris și s-a sinucis în 1906.
La suprafață, și teoriile lor păreau îndepărtate unele de altele. Arătați însă mai adânc și sunt indisolubil împletite.
Atât evoluția, cât și entropia au supărat multe opinii ale ordinii „naturale”. Darwin a spus că oamenii descindeau de la alte animale; că facem parte din același arbore genealogic ca toate lucrurile vii, supuse unui proces universal numit selecție naturală. Boltzmann a spus că legile ordonate ale fizicii duc la tulburare și ne solicită să folosim limbajul statisticilor și al probabilității pentru a înțelege. Ambele idei au interferat cu părerile despre progresul și perfecționarea perpetuă a secolului al XIX-lea, dar teoriile au fost, de asemenea, împletite într-un mod în care Boltzmann a fost probabil primul care a recunoscut.
Finele insulelor Galapagos au oferit un exemplu cheie pentru teoria evoluției lui Darwin prin selecție naturală. (MarcPo / iStock) Entropia a fost descoperită de inginerii care lucrează la motoarele cu aburi. Și-au dat seama că, oricât de eficiente ar fi mașinile lor, în proces s-a pierdut întotdeauna ceva energie. Energia nu a fost distrusă (asta este imposibil); pur și simplu nu era disponibil pentru a fi folosit. Rudolf Clausius a numit cantitatea definită de această pierdere de energie „entropie” din cuvântul grecesc pentru transformare și faptul că sună similar cu „energie”.
Fizicienii au consacrat scopul entropiei în a doua lege a termodinamicii, care prevede: în orice proces oprit din influențele externe, entropia crește sau rămâne constantă. Este un mod de a spune, într-un sens cosmic, că nu există bani gratis. Fiecare tranzacție costă ceva. Dar definirea acesteia nu spune cu adevărat ce este entropia - și Boltzmann voia să știe mai multe.
Secolul al XIX-lea a văzut oamenii de știință unificând diferite aspecte ale cunoștințelor umane: unirea electricității cu magnetismul, folosind noi metode în fizică pentru identificarea elementelor chimice ș.a. Boltzmann a dorit să folosească legile mișcării Newton, care guvernează comportamentul obiectelor macroscopice, pentru a înțelege comportamentul gazelor.
Precedentul său a fost „teoria cinetică”, un model propus de James Clerk Maxwell (a cărui cea mai mare pretenție la faimă este teoria care unifică electricitatea și magnetismul, care arată că lumina este o undă electromagnetică) și colegii săi. Teoria cinetică a conectat viteza particulelor microscopice de gaz la cantități măsurabile precum temperatura. Conform legilor lui Newton, coliziunile individuale între aceste particule ar trebui să arate la fel dacă inversați direcția timpului. Cu toate acestea, entropia trebuie să crească sau să rămână la fel - este ireversibilă.
Ireversibilitatea este o parte normală a vieții. Spargerea unui pahar și vărsarea apei pe podea este ireversibilă. Fragmentele de sticlă și moleculele de apă nu se vor reforma spontan. Prajitura de tort nu se va amesteca, parfumul sprit în cameră nu va reveni în sticlă. Boltzmann a dorit să explice aceste evenimente ireversibile realiste folosind fizica microscopică. El a făcut asta arătând cât de multe numere de particule de gaz ar putea produce în continuare rezultate ireversibile.
Gândiți-vă la o cutie sigilată cu o partiție mobilă care o împarte în jumătate. În experimentul nostru, umplem jumătate din cutie cu un fel de gaz, apoi deschidem ușor partiția. O parte din gaz va trece prin deschizătura din partiție, astfel încât după un timp să fie aproximativ aceeași cantitate de gaz în ambele părți ale cutiei.
Dacă am începe cu jumătate de gaz în ambele părți ale cutiei și apoi am deschide despărțirea, aproape sigur nu am ajunge cu toate acestea pe o parte a cutiei, nici măcar dacă am fi așteptat foarte mult timp. Chiar dacă fiecare coliziune între particule sau între particule și pereții containerului este reversibilă, rezultatul nu este.
Sigur, este posibil ca toate particulele de gaz să curgă spontan dintr-o parte a containerului în cealaltă. Dar, după cum a subliniat Boltzmann, este atât de puțin probabil să nu trebuie să ne facem griji. În același mod, entropia poate scădea spontan, dar nu face acest lucru aproape niciodată. Este mult mai probabil să crească sau - odată ce particulele de gaz sunt distribuite uniform între laturile containerului - să rămână la fel.
Rezultatul este direcționalitatea și ireversibilitatea, chiar dacă își are originea într-un comportament microscopic complet reversibil. În aceasta, Boltzmann a văzut conexiuni între entropie și evoluție.
*****
În biologie, mici schimbări între generații de la sine sunt, pentru intențiile și scopurile noastre, fără direcție și aleatoare. Dar teoria selecției naturale a lui Darwin a arătat cum acestea ar putea duce în cele din urmă la schimbări ireversibile, oferind o explicație de bază pentru cum apar specii noi din cele existente. Darwin a numit acest fenomen „descendență cu modificarea” și a introdus ideea selecției naturale pentru a-l face să funcționeze.
Boltzmann a recunoscut că aceasta a fost o modalitate profundă de a înțelege proliferarea vieții pe Pământ, la fel ca explicația sa despre entropie a oferit o înțelegere profundă a proceselor ireversibile din fizică. Dar, dincolo de ireversibilitate, el a recunoscut, de asemenea, că viața implică concurență pentru energia disponibilă - sau pentru a-i spune o cale echivalentă, o luptă pentru a minimiza entropia.
Lucrurile vii sunt un pachet de trăsături. Unele dintre aceste trăsături sunt adaptive, ceea ce înseamnă că ajută un organism să supraviețuiască: îi permit să găsească hrană sau să evite să devină aliment pentru altceva. Alte trăsături sunt dezavantajoase, iar unele neutre, nefiind de ajutor și nici dăunătoare. Selecția naturală este modul în care evoluția scoate trăsăturile adaptive dintre cele dezavantajoase.
(Boltzmann a folosit chiar teoria lui Darwin pentru a susține că abilitatea noastră de a crea concepții despre modul în care funcționează lumea a ajutat umanitatea să supraviețuiască și să reușească. Asta însemna că mintea umană - subiectul multor speculații filozofice - este o trăsătură adaptivă, conform principiilor darwiniene). .)
Selecția naturală este o viziune aspră asupra vieții. Dar lucrurile vii necesită hrană - substanțe chimice din aer, sol sau din consumul altor organisme - și asta înseamnă concurență. Organismele care supraviețuiesc își transmit trăsăturile adaptative la urmași, în timp ce trăsăturile dăunătoare dispar. Dacă destul de multe dintre aceste trăsături se acumulează de-a lungul generațiilor, specii complet noi pot apărea. Una dintre aceste specii a fost a noastră: oamenii s-au născut din procesele de selecție și adaptare naturală, la fel ca toate celelalte vieți.
Boltzmann a folosit ambele teorii pentru a argumenta că lupta vieții nu este peste energie. Pământul primește multă energie de la Soare, mult mai mult decât viața folosește de fapt sub formă de fotosinteză (și alte organisme care mănâncă plante și alți fotosintetizatori). În schimb, viața este o luptă pentru minimizarea entropiei prin captarea cât mai multă energie disponibilă.
Perspectiva lui Boltzmann a legat teoria lui Darwin de fizica fundamentală, o realizare intelectuală uluitoare. Acesta a arătat modul în care atât evoluția, cât și entropia au influență dincolo de domeniile lor inițiale. Astăzi avem algoritmi evolutivi și entropie în teoria informației, iar evoluția este pe criteriu pe care NASA îl folosește în căutarea vieții pe alte lumi.
Revoluțiile gemene ale lui Darwin și Boltzmann trăiesc. Poate ai putea spune chiar că au co-evoluat.
