Prečo si doma môžete upratať

Keď príde reč na evolúciu, človek sa nestíha čudovať, čo všetko sa naňho v argumentácii náboženských fundamentalistov vyvalí. Populárna je ošúchaná zbierka z kontextu vytrhnutých výrokov významných evolučných biológov (tento projekt ich dáva na pravú mieru), prekrúcanie zistení rôznych výskumov či dokonca dezinterpretácia elementárnych princípov biologických a geologických procesov. A nielen tých. Aj fyzikálnych.



Možno sa tak stretnúť s tvrdením, že druhý termodynamický zákon vylučuje evolúciu alebo vznik života spôsobený len prírodnými procesmi. Svet má spieť k zvyšovaniu neusporiadanosti. Ibaže vznik života respektíve evolúcia vyžaduje pokles neusporiadanosti - pokles entropie. Život je usporiadanejší ako neživý chaos, z ktorého sa zrodil.

V skutočnosti sa údajný problém entropie netýka evolúcie ako takej. Tá vyžaduje len rozmnožovanie, vznik dedičnej rozmanitosti a selekciu čiže výber. A k uvedeným dochádza neustále. Vzťah evolúcie a entropie je dobre preskúmaný a na žiadne zásadnejšie úskalia sa neprišlo.

Iste, jedna z formulácií druhého termodynamického zákona (poznáme ich niekoľko) hovorí, že entropia („neusporiadanosť“) systému nemôže klesnúť. No týka sa uzavretých sústav. Lenže Zem nie je uzavretá sústava – prijíma energiu zvonka, zo slnka. Dopadajúce žiarenie má nízku entropiu a do vesmíru vyžarované tepelné žiarenie vysokú. To poskytuje široký priestor na lokálny pokles entropie. Hoci celkovo narastá neusporiadanosť, miestami dochádza k opačným procesom a vzniká poriadok. „Vznik zložitých štruktúr na povrchu Zeme je celkom v súlade s druhým zákonom termodynamiky a je hlúpe tvrdiť niečo iné,“ pripomína fyzik Sean M. Carroll.



Názorným príkladom toho, ako na Zemi lokálne vzrastá usporiadanosť, je napríklad kryštalizácia snehových vločiek či minerálov – nerastov s pravidelnou, celkom „usporiadanou“ stavbou. Alebo, ako pripomína Carroll, hoci aj chladenie vína v chladničke (vyššia teplota = vyššia neusporiadanosť) alebo upratovanie vašej obývačky. Fyzikálne zákony vám dovolia vychladiť víno a upratať neporiadok, pretože celková neusporiadanosť narastá (chladnička síce vo svojom vnútri chladí, ale zo zadnej strany vyžaruje teplo; a teplo pri práci samozrejme produkuje a vyžiari aj ľudské telo).

Pravda, pravidelná, usporiadaná štruktúra nemusí byť nevyhnutne mimoriadne zložitá.

Problém komplexity nie je zložitý

Nielenže dochádza - v rozpore s tvrdením náboženských fundamentalistov - k vzniku (lokálnej) usporiadanosti prakticky neustále. Entropia podľa všetkého nie je prekážkou ani pri vzniku komplexity. V skutočnosti možno povedať, že k vzniku zložitosti dochádza nie napriek entropii, ale vďaka nej.

„Úloha entropie pri vzniku zložitosti sa na prvý pohľad prieči intuícii,“ píše Sean Carroll. „Zvyšovanie entropie nie je nekompatibilné so zvyšovaním komplexity, ale môže sa také zdať kvôli spôsobu, akým niekedy do laických termínov tlmočíme odborné výrazy. Hovoríme o entropii ako o "neusporiadanosti"¹ alebo "náhodnosti". A hovoríme, že vždy narastá v izolovaných sústavách (ako je napríklad vesmír).“

Ako príklad Carroll uvádza kávu so šľahačkou. Pred zmiešaním môžeme podľa neho hovoriť, že má nízku entropiu („neusporiadanosť“). Potom, ako ju lyžičkou pomiešame, dostaneme stav s vysokou entropiou.

„V prvej konfigurácii sú káva a šľahačka celkom oddelené. Máme stav s nízkou entropiu, ale zároveň preukázateľne jednoduchý. Šľahačka hore, káva dole. Nič sa nedeje,“ vysvetľuje fyzik. Dodáva, že aj konečný stav je vcelku jednoduchý – všetko je premiešané. No zdôrazňuje, že nemožno tvrdiť, že zložitosť jednoducho klesá, zatiaľ čo entropia stúpa.



Počas prostrednej fázy, medzi nízkou a vysokou entropiou, sa totiž niečo deje. Pozorujeme narastanie zložitosti.

„Akési chumáčiky šľahačky sa dostávajú do vrstvy kávy komplikovanými a nádhernými spôsobmi,“ píše fyzik. „Sústava káva-šľahačka vykazuje správanie, ktoré je celkom odlišné od naivnej identifikácie "zvyšovania" entropie so "znižovaním zložitosti". Entropia stúpa, ako by podľa druhého zákona termodynamiky mala, lenže zložitosť najprv stúpa a až potom klesá.“

Carroll sa samozrejme neuspokojil s prístupom „pozriem-vidím“ a fenomén rastu komplexity v sústave káva-šľahačka sa rozhodol kvantifikovať počítačovou simuláciou. Na pomoc si prizval počítačového vedca Scotta Aaronsona (MIT) a softvérovú inžinierku Lauren Ouellettovú (MIT, Google).

Ich výskum zistil, že vznik zložitosti závisí od spôsobu vzájomnej interakcie molekúl. Pokiaľ molekuly šľahačky a kávy reagujú vždy len so susednými molekulami, všetko sa premieša plynulo, nevzniknú „rozstrapatené“ chuchvalce či akési úponky. Ak ale dochádza k interakciám na väčšiu vzdialenosť - ako pri pomiešaní lyžičkou – hranica medzi kávou a šľahačkou nadobudne tvar podobný fraktálom.

Jednoduchá počítačová simulácia zmiešania kávy a šľahačky. Pôvodná jednoduchá konfigurácia sa stáva čoraz zložitejšia. Z Carrolla (2016).

Vzťah medzi fraktálmi a zložitosťou je oveľa hlbší ako len vizuálny. Fraktál je geometrický útvar, ktorý vyzerá v podstate rovnako pri akomkoľvek zväčšení. A v káve so šľahačkou vidíme vznik fraktálom podobných konfigurácií molekúl. „Toto je charakteristický znak komplexity; zaujímavé deje sa odohrávajú, keď sa pozrieme na systém z blízka, pozorujúc len niekoľko pohybujúcich sa častíc, ale aj keď sa pozrieme naň ako na celok,“ píše Carroll.



Zložitosť sa v káve so šľahačkou napokon vytráca. Americký fyzik však pripomína, že ak počkáme dosť dlho, to isté sa stane s akýmkoľvek izolovaným systémom. Aj vesmírom.

Iste, káva so šľahačkou je len mimoriadne jednoduchý príklad. No demonštruje dôležitú skutočnosť. „Vznik zložitosti nielenže je v súlade so zvyšujúcou sa entropiou. Závisí na nej,“ píše Carroll. „Jediná príčina, prečo vôbec vznikajú zložité štruktúry, je postupný vývoj vesmíru od veľmi nízkej smerom k veľmi vysokej entropii. "Neusporiadanosť" rastie, a presne to umožňuje zložitosti, aby sa objavovala a existovala dlhý čas.“

-

Poznámka
1 za vhodnejší slovenský termín pre entropiu ako "neusporiadanosť" sa niekedy považuje "neurčitosť"

Zdroje:
Carroll, S.M.: The Big Picture. Oneworld, 2016.
Isaak, M.: Index to Creationist Claims. TalkOrigins, 2004.

Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok

Tweet