"Det är synd att 99 % av
journalisterna skall fördärva
förtroendet för en hel yrkeskår"
(okänd)

"Ormar äro älskliga varelser,
om man råkar tillhöra samma
giftgrupp"
(Artur Lundkvist)

"Ju längre ett samhälle
kommer från sanningen,
desto mer kommer detta
samhälle att hata dem
som säger sanningen"
(George Orwell)

"Den som gifter sig med
tidsandan blir snabbt änka."
(Goethe)

"Civiliserade är de kulturer
och individer som respekterar
andra."
(hört på Axesskanalen)

"Det tragiska med vanligt
sunt förnuft är att det
inte är så vanligt."
(Albert Einstein)

"Halv kristendom tolereras
men föraktas.
Hel kristendom respekteras
men förföljs."
(Okänd)

"För att komma till flodens
källa måste man simma
mot strömmen."
(Stanislaw Jerzy Lec)

"Jag noterar att alla de
människor, som är för
abort, redan är födda."
(Ronald Reagan)

Senast ändrad: 2009 03 22 21:54

Termodynamikens andra lag

Som nämnts på andra ställen på denna site, så är det inte ovanligt att kreationister och andra evolutionskritiker hänvisar till sannolikhetsargument. Grundläggande menar man, att sannolikheten för att så extremt komplexa system som levande organismer skall kunna utvecklas spontant ur oorganisk materia, utan andra styrande krafter än slump och blinda naturlagar, måste vara utomordentligt liten. Att det slumpgenererade universum, i vilket vi enligt materialismens doktriner lever, dessutom har fått de ytterst speciella egenskaper som är nödvändiga för existensen av liv, gör det hela än mer osannlikt. Ett annat sätt att uttrycka ungefär samma sak på, är att hänvisa till termodynamikens andra lag, enligt vilken isolerade system konsekvent går mot ökande entropi, dvs ökande oordning. Evolutionen bryter således mot denna lag, eftersom den går mot ökande ordning, och kan därför inte ske. Evolutionistens standardinvändning mot det sistnämnda argumentet är att — oftast aggressivt och hånfullt — påpeka att termodynamikens andra lag endast gäller för slutna (isolerade) system. Jorden utgör inget sådant isolerat system, eftersom energi hela tiden tillförs från solen. Alltså bygger evolutionskritikerns hänvisning till andra lagen på bristande kunskap (eller illvilja alternativt dumhet). Formellt sett är denna invändning helt korrekt (hånfullheten och aggressiviteten är därmeot inte korrekt — den avslöjar bara att evolutionisten inte är så säker på sin sak som han/hon vill göra gällande). När det gäller sannolikhetsargumentet klumpar ofta evolutionisten ihop detta med termodynamikens andra lag, och tror sig därmed vara av med problemet. Vi skall strax se att det hela inte är så enkelt som de flesta evolutionister tycks tro.

Även om nu inte jorden utgör ett isolerat system, verkar det ytterst sannolikt att universum utgör ett sådant (speciellt om vi med "universum" menar allt som existerar). Lokala delar av universum kan dessutom förmodligen betraktas som slutna, eftersom avlägsna delar knappast kunnat kommunicera med varandra på grund av universums ålder och att ljushastigheten är den högsta hastighet varmed en växelverkan kan utbreda sig. Astronomen John D Barrow skriver i sin utomordentliga bok Theories of Everything på sidan 159 (se litteraturförteckningen), beträffande universums entropi (oordning):

Den stora obesvarade frågan är huruvida det existerar någon ännu oupptäckt organiserande princip som kompletterar de kända naturlagarna och styr universums utveckling. ...Universum verkar vara oerhört mycket mer organiserat än vad vi har någon rätt att förvänta oss. Det har en låg entropinivå [dvs hög ordning] jämfört med vad vi kan föreställa oss att det skulle ha om vi skulle omorganisera den observerade materien i andra konfigurationer. Detta tyder på att entropinivån vid början av universums expansion måste ha varit anmärkningsvärt låg [ordningen måste varit anmärkningsvärt stor], vilket antyder att begynnelsevillkoren måste varit synnerligen speciella (very special indeed).

Även om fysiken så småningom skulle kunna förklara universums utveckling utifrån ovannämnda speciella initialvillkor, är det långt i från säkert att vi någonsin kommer att kunna förklara intitialvillkoren som sådana. En synnerligen speciell begynnelsekonfiguration talar snarare för en skapare än mot. Självklart kan man givetvis tänka sig att universum lokalt har speciella egenskaper och att vår del av universum så att säga utgör en extrem statistisk fluktuation, vilket vi strax skall återkomma till.

Det lekmän (och i detta här sammanhanget är biologer lekmän) ofta förbiser när det gäller termodynamikens andra lag, är att den är en makroskopisk lag. Bakom de makroskopiska processerna och fenomenen (temperatur, tryck, entropi etc) finns mikroskopiska processer (molekylära rörelser; translationer, vibrationer, rotationer, molekylär kinetisk och potentiell energi etc). Enligt den vanligaste tolkningen av andra lagen, det s k mekanistiska programmet, utgör denna lag en andra rangens lag. Detta innebär att termodynamikens andra lag anses vara en konsekvens av fysikens mer fundamentala rörelselagar i kombination med vissa randvillkor. Man utgår här från den vanliga, partikulära synen på verkligheten. "Partiklarna är verkligare än processerna." I denna tappning är lagen inte absolut utan det handlar om sannolikheter. Prigogine och en del andra anhängare av det alternativa, termodynamiska programmet utgår i stället från den makroskopiska fenomenologin som grund och betraktar andra lagen som en fundamental lag. Här handlar det om en absolut lag, som inte kan brytas. En överväldigande majoritet av fysiker ansluter sig dock till det första programmet, även om jag personligen tycker Prigogines idéer är mycket intressanta. Att man i ett öppet system kan få en lokal entropiminskning på bekostnad av en entropiökning utanför systemet, kan i det mekanistiska perspektivet betraktas som en statistisk fluktuation i det totala systemet. Ju större fluktuation, desto mindre sannolikhet för att den skall ske.

Många människor använder begreppet "entropi". Få har försökt sätta sig in i vad begreppet egentligen innebär. Och de som försökt vet att det inte är så enkelt som det ofta framställs i populära sammanhang. Biologer talar t ex ofta om entropi, utan att veta vad de talar om.
Oftast säger man lite vagt att entropi är ett mått på oordningen i ett system. Ju större oordning, desto större entropi och tvärtom. När Clausius 1865 formulerade entropibegreppet, löd termodynamikens andra lag "Entropin i universum går mot sitt maximum". Någon allmän formel för att yttrycka entropi i makroskopiskt mätbara storheter (volym, temperatur etc) eller mikroskopiska, molekylära begrepp (molekylers rörelseenergi, hastighet etc) gavs ej, varför entropibegreppet kom att vara synnerligen luddigt. Vid jämvikt och öppet system (dvs med energiutbyte med omgivningen) angav Clausius dock en definition, nämligen att förändringen av entropin på grund av energiutbytet med omgivningen är lika med den tillförda eller avgivna värmeenergin delad med den absoluta temperaturen.
Egentligen var det Bolzmann som först försökte tolka entropibegreppet på molekylär nivå utifrån idén om molekylär oordning. Det är denna beskrivning av entropi som de flesta lekmän känner till. Kopplingen mellan entropi och oordning fungerar dock bara för mycket enkla system, t ex ideala gaser, men inte för fasta kroppar. Ytterligare tolkningar har sedan tillkommit, vilka ofta är ganska obestämda och mer har klang av poesi än exakta vetenskapliga definitioner, t ex "närvaron av osäkerhet" och "topologisk komplexitet av form". Det är viktigt att inse att termodynamikens andra lag i princip är obesvisbar (i likhet med energiprincipen), men man har aldrig observerat några brott mot den.
Bolzmann upptäckte att det var temperaturskillnaderna i universum som drev alla processer där. Han kom fram till att temperaturen i universum långsamt höll på att utjämnas och var på väg mot en homogen temperaturfördelning (samma temperatur överallt). När detta inträffade skulle alla processer i universum avstanna (allt liv skulle således upphöra), vilket fick namnet "värmedöden". Upptäckten av detta försatte Bolzmann, som var psykiskt instabil, i en djup depression. En tid senare begick han självmord genom att hoppa ut genom ett fönster med ett rep om halsen.
Det finns ytterligare ett sätt att betrakta entropi på, nämligen genom att koppla entropi till begreppet energi. Även energibegreppet är ganska svårgripbart, med tanke på hur många olika energiformer som existerar. Studerar vi den totala energin i ett system, så visar det sig att endast en del av denna är tillgänglig för nyttigt arbete. Resten försvinner i form av irreversibla (oåterkalleliga) energiförluster, t ex friktion. Värmemotorer (t ex den vanliga förbränningsmotorn) bygger på att vi har två olika temperaturer (jämför med värmedöden ovan). Tillför man energi kan skillnaden mellan dessa temperaturer bibehållas och motorn fortsätta att snurra. Tillför man inte energi, kommer normalt den högre temperaturen att närma sig den lägre, och när temperaturskillnaden går mot noll upphör motorn att producera arbete. Entropin kan i detta perspektiv sägas vara ett mått på hur stor del av den totala energin i ett system som kan användas till nyttigt arbete. Energin är med andra ord ett mått på mängden energi och entropin är ett mått på kvaliteten av denna energi.
Detta sätt att tolka entropibegreppet kan klargöra frågan om huruvida evolutionen bryter mot termodynamikens andra lag. Att entropin kan minska vid energitillförsel (till ett icke isolerat system) beror helt enkelt på att den tillgängliga mängden nyttigt arbete då ökar, vilket egentligen är ganska självklart. Vi ser dock att denna möjliga entropiminskning inte alls har något att göra med uppkomsten av mer komplexa strukturer. Ordningen behöver således inte öka bara för att entropin minskar. En motor som står och snurrar och producerar arbete, kan ju inte sägas gå mot ökande komplexitet. Dvs, även om energitillförsel möjliggör att entropin minskar, krävs det ändå en ytterst osannolik slump för att ett system konsekvent skall gå mot alltmer komplexa strukturer. Livets uppkomst blir inte ett dugg mer sannolik för att man tillför energi (Läsaren hänvisas till min diskussion om information och entropi i samband med att livets uppkomst behandlas). Stoppar man t ex ned lite lämpliga ämnen i en kastrull och sedan värmer upp det hela (tillför energi) skulle vi bli synerligen förvånade om det efter en stund började kravla upp levande organismer ur grytan. Tvärtom så visar erfarenheten att värmetillförsel i stället kommer att bryta ner komplexa molekyler (vilket sker då vi kokar potatis).

För att sammanfatta: Termodynamikens andra lag kan inte användas för att motbevisa biologisk utveckling, ett fel som ibland görs av mindre kunniga kreationister. Å andra sidan ökar inte detta sannolikheten för att de olika arterna tillkommit genom darwinismens mekanismer, något som entusiastiska biologer i allmänhet verkar tro. Att något inte är förbjudet innebär inte automatiskt att det är troligt eller ens möjligt! Bara för att man pumpar in energi i ett system, uppstår inte nödvändigtvis strukturer och ordning. Sannolikhetsaspekten gäller fortfarande. Är den entropiminskning vi kan iaktta på jorden en konsekvens av motsvarande ökning på solen, måste detta, med hänsyn taget till att det handlar om någonting så komplicerat som människans utveckling från oorganisk materia, betraktas som en extrem, ytterst osannolik, statistisk fluktuation. (Så Fred Hoyles liknelse av livets uppkomst med en jumbojet som uppstått på grund av en virvelstorm i ett skrotupplag kanske inte är så inadekvat som biologer oftast påstår). Även om termodynamikens andra lag formellt är förenlig med evolutionen (då jorden är ett icke isolerat system), kvarstår således i alla fall sannolikhetsargumentet. Universums, livets och arternas spontana uppkomst är synnerligen osannolik.

Är evolutionen på något sätt lagbunden, blir situationen förstås en helt annan. Det återstår emellertid att visa att så verkligen är fallet. Barrow talar ovan om en "organiserande princip som kompletterar de kända naturlagarna", en tanke som inte är ovanlig bland fysiker. Innan jag blev kristen var detta ungefär min egen inställning. Om allting hade uppstått utifrån inomvärldsliga orsaker, tänkte jag mig att det kanske fanns ännu okända självorganiserande principer som åstadkom denna alltmer ökande ordning och information. Det finns idag många forskare som arbetar utifrån liknande tankegångar, vars grundval bl a lagts av den franske matematikern René Thom med sin katastrofteori (vilken kan ses som en föregångare till den moderna kaosteorin) och Ilya Prigogine med sina dissipativa strukturer.

Skulle det existera självorganiserande principer i naturen, kräver en fullständig förklaring av alltings ursprung att man också kan förklara ursprunget till dessa. Sådana principer, kräver, enligt Barrow, speciella initialvillkor. Det kan uppenbarligen finnas två förklaringar till sådana speciella begynnelsevillkor:

i) Det råkade bli så slumpmässigt.
ii) En intelligent Skapare har medvetet valt dessa villkor för vissa syften (jfr en bilmotor eller en dator).

Ju osannolikare initialvillkor, desto mer sannolikt blir alternativ ii) och desto mindre sannolikt blir alternativ i). Här framgår hur oerhört liten, för att inte säga obefintlig, sannolikheten för alternativ i) måste vara.

En heltäckande förklaring av universum måste uppenbarligen innebära att vi, förutom existensen av materia, energi, rum och tid, också kan förklara naturlagarnas ursprung och de speciella initialvillkor som rådde i universum vid begynnelsen. Materialismens anspråk på att innefatta en heltäckande världsförklaring har således ingen som helst förankring i verkligheten. Det är ett tomt, metafysiskt, eller varför inte kalla det religiöst, påstående. Materialismen är således i praktiken en religion bland andra religioner, och bygger på tro och inte på vetenskap.

Tillbaka till avsnittet om Kristna skrönor och annat
Tillbaka till avsnittet om Maskiner och liv
Tillbaka till avsnittet "Intelligent design — vad är det?"

© Krister Renard