Entropie en evolutie

da_doc

Ik zag op http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=14330 een discussie over entropie die nogal misleidend is. Daarin staat b.v. De entropie van een systeem neemt toe als het wanordelijker wordt, omdat uitingsvormen van een systeem die wij als wanordelijk ervaren veelvuldiger voorkomen dan uitingsvormen van hetzelfde systeem dat wij als ordelijk ervaren.

De waarheid is echter, dat entropie met wanorde helemaal niets te maken heeft.

http://www.entropysite.com/cracked_crutch.html geeft hier een goede uitleg van.

Entropie heeft met energie te maken, wat uit de bekende formule van Clausius blijkt:

dS = dQ/T

waarbij dQ de aan het systeem toegevoerde warmte (in Joule J), T de absolute temperatuur (in Kelvin K) en dS de verandering in de entropie van het systeem. Deze formule geldt voor reversibele processen. Als er warmte aan het systeem wordt toegevoerd, dan neemt de entropie toe, als er warmte wordt afgevoerd, dan neemt de entropie af.

De wet van Clausius is deel van de klassieke thermodynamica. Aan het eind van de 19e eeuw kwam echter de statistische mechanica op. Een andere formule voor de entropie is

S = k ln W

Waarbij k de konstante van Boltzmann is, met k=1,38 10^-23 J/K, en W het aantal bezette toestanden van het systeem, ofwel het volume van de bezette faseruimte. Omdat k in J/K gemeten wordt, heeft S volgens deze definitie ook de dimensie J/K, net als in Clausius. In deze formule is ln de natuurlijke logarithme.

Als er warmte aan het systeem wordt toegevoegd, dan neemt W toe. Omdat k zo klein is, moet ln W behoorlijk groot zijn om enige entropie te krijgen. In het forum artikel dat hierboven genoemd werd, wordt voor een paar dobbelstenen k ln 90 als entropie gegeven, wat helemaal niets is, en k wordt `een getal` genoemd, zonder verdere specificatie, noch van de grootte van k, noch van de dimensie van k.

In de quantummechanica heeft een systeem (een molecuul of een vaste stof of een vloeistof, of een sterrenstelsel, ) een spectrum van energietoestanden. Bij lage temperatuur zijn alleen de laagste nivos bezet, bij hogere temperatuur worden ook meer en meer hogere nivos bezet. In b.v. een vaste stof zijn er trillingen van het kristalrooster (fononen). Als T stijgt, dan nemen de trillingsamplituden toe, en dus ook de entropie. Of als foton uit een laser verstrooid raakt aan een molecuul, dan kan dat molecuul sneller gaan draaien, of gaan de atomen in het molecuul heftiger trillen, etc.

De tweede hoofdwet van de thermodynamica drukt uit, wat iedereen weet:

een fietsband loopt wel leeg, maar niet vanzelf weer vol.

Als het vuur onder een pan kokend water uitgedraaid wordt, dan koelt de pan af, terwijl een koude pan water niet vanzelf warm wordt.

Enzovoort enzovoort.

Een koude pan kan wel opgewarmd worden door hem op het vuur te zetten. Dat is dan een thermodynamisch open systeem.

Als een pan water in thermisch geisoleerd wordt, dan is dat een thermodynamisch gesloten systeem.

De 2e hoofdwet zegt dat de entropie van een thermodynamisch gesloten systeem (geen uitwisseling van energie of materie met de omgeving) niet kan afnemen. Dat is dus nogal wiedes.

Het gaat hier om de totale entropie van het systeem, en de 2e hoofdwet laat wel toe, dat de entropie lokaal in het systeem omlaag gaat als de entropie ergens anders omhoog gaat, zodat de totale entropie niet gedaald is.

In een thermodynamisch open systeem kan de entropie omhoog of omlaag dat hangt er vanaf, of je warmte afvoert of toevoegt.

Een biologisch systeem is thermodynamisch ontzettend open. Dus daarvan kan de entropie ook omhoog of omlaag. De verbranding van voedsel levert veel entropie op: de energie die darabij vrijkomt, wordt door het biologische systeem gebruikt om processen omhoog te pompen. Dat is als bij een lift: het kost energie om de lift omhoog te krijgen, maar de potentiële zwaartekrachtsenergie van de lift plus inhoud neemt toe. Dus biologische orde (DNA moleculen, botten, etc.) kan ontstaan op kosten van de omgeving (voedsel, zonlicht, etc.). Het is dus zo klaar als een klontje, dat evolutie NIET in strijd is met de entropiewet. De meeste mensen die het tegenovergestelde beweren, hebben geen kaas gegeten van thermodynamica: ze roepen maar wat. Evolutie wordt niet door de 2e hoofdwet verklaard, dat weer wel natuurlijk.

Een rommelige kamer heeft dezelfde energie als een nette kamer. Dus het verschil in aanblik van die kamers heeft met entropie helemaal niets te maken. Ons idee dat de ene kamer wanordelijker zou zijn dan de andere, heeft geen fysische betekenis.

Dat geldt ook voor het bekende voorbeeld van boeken op een boekenplank. Of die boeken netjes op alfabetische volgorde van de auteursnaam staan of niet, heeft met entropie niets te maken.

Zie ook www.secondlaw.com , waarin entropie als treffend als energy dispersal omschreven wordt: energie heeft de neiging zich te verspreiden (in een ruime zin van het woord), tenzij dat verhinderd wordt. Afkoelen van een hete pan, instorten van een berg, leeglopen van een lekke fietsband, etc. Roesten van metaal is een chemische reaktie van het metaaloppervlak met zuurstof uit de lucht, waarbij de entropie van het gehele systeem (metaal plus lucht) toeneemt. Als een systeem interactie heeft met een omgeving, dan moet het systeem altijd samen met die omgeving gezien worden.

Er is wel een heel subtiel puntje met betrekking tot entropie: entropie is een maat voor de informatie die een waarnemer heeft van een systeem. De beroemde artikelen van E.T. Jaynes Information Theory and Statistical Mechanics zijn op http://bayes.wustl.edu/etj/node1.html onder de nummers 9 en 10 te downloaden voor de liefhebber. Dit heeft met de normale betekenis van entropie, zoals hierboven besproken, niets te maken.

De term entropie wordt ook in andere samenhang gebruikt, m.n. in de informatietheorie. Maar in die context is de entropie dimensieloos, terwijl de thermodynamische entropie de dimensie J/K heeft. Dus informatie entropie is niet hetzelfde als thermodynamische entropie.

Het dobbelsteen voorbeeld uit het genoemde forumartikel is dus, wel beschouwd, geheel fout.

qrnlk

Strict genomen heeft het ook helemaal niet zo veel te maken met het "open" of "gesloten" zijn van een systeem. Het is nu eenmaal eenvoudiger om metingen te doen in een gesloten systeem dan in een open systeem. In een gesloten systeem zal de orde nooit toenemen.

Zonder perse in te veel details te treden, vooral omdat in een open systeem toch geen nauwkeurige metingen gedaan kunnen worden kan men in het algemeen zeggen dat in een open system de entropie kan afnemen omdat "orde" van ergens anders kan komen: Uit alle atomen in je kamer kan nooit spontaan een computer ontstaan, maar deze computer kan wel door de deur naar binnen gedragen worden. Bedenk dat deze computer dan ergens anders is samengesteld en dat daar de entropie dan toenam [al helemaal toen de computer werd weggedragen]. Merk op dat per definitie deze toename van entropie groter is dan de afname van entropie.

Bedenk echter dat je niet spontaan een auto kunt laten ontstaan door een paar ton ijzer te laten verroesten: Het vereist coördinatie. Jouw argument mbt het leven is daarom niet erg realistisch.

qrnlk

Mijn bovenstaande argumenten zijn wellicht niet duidelijk genoeg...

In het kort: Dat een system "open" is wil niet zeggen dat processen die onwaarschijnlijk zijn in een "gesloten systeem" opeens waarschijnlijker worden alleen maar omdat het systeem nu opeens open is. De waarschijnlijkheid veranderd er geen moer om.

EvilBro

Uit alle atomen in je kamer kan nooit spontaan een computer ontstaan

Het kan theoretisch wel... de kans is alleen erg klein.

In het kort: Dat een system "open" is wil niet zeggen dat processen die onwaarschijnlijk zijn in een "gesloten systeem" opeens waarschijnlijker worden alleen maar omdat het systeem nu opeens open is. De waarschijnlijkheid veranderd er geen moer om.

Dat zegt de oorspronkelijke poster toch ook niet? Sterker nog hij stelt: "Evolutie wordt niet door de 2e hoofdwet verklaard, dat weer wel natuurlijk."

qrnlk

De vorm van evolutie die experimenteel waarneembaar is overtreed de tweede hoofdwet in ieder geval niet.

Maar zolang er nog geen toetsbare beschrijving gegeven kan worden van het hypothetische process van evolutie, in de zin zoals het door de TS bedoeld wordt, is het onmogelijk om te beoordelen hoe de tweede hoofdwet er op inspeelt. Wel is duidelijk dat het een zeer uitzonderlijk process moet zijn ongelijk tot nu toe bekende processen.

EvilBro

Wel is duidelijk dat het een zeer uitzonderlijk process moet zijn ongelijk tot nu toe bekende processen.

Hier verschilt je mening van de norm. Wetenschappers maken geen onderscheidt tussen micro en macroevolutie. Dat onderscheidt is iets voor creationisten.

Trouwens, 'proces' is met 1 's'.

qrnlk

Hier verschilt je mening van de norm. Wetenschappers maken geen onderscheidt tussen micro en macroevolutie. Dat onderscheidt is iets voor creationisten.

Onzin. Macroevolutie wordt zelfs onder biologen gebruikt. Tijdens een grote congress van vooraanstaande biologen, onder de titel "Macroevolution" (Chicago, 1980) was de conclusie van de meerderheid dat de bekende en waargenomen fenomenen van micro-evolutie geen verklaring konden zijn voor macro-evolutie.

Roger Lewin schreef:The central question of the Chicago conference was whether the mechanisms underlying microevolution can be extrapolated to explain the phenomena of macroevolution. At the risk of doing violence to the positions of some of the people at the meeting, the answer can be given as a clear, No. (p. 883)

bron: Evolution Theory under Fire, Science, Vol. 210, 21 November 1980

EvilBro

Okee, daar was ik wat kort door de bocht.

Biologen gebruiken "macroevolutie" als beschrijving van evolutie over "de soortgrens" en "microevolutie" voor alles "daaronder". Beide vormen van evolutie zijn al geobserveerd in het lab. Voor wetenschappers liggen beide soorten evolutie in elkaars verlengde (wat niet wil zeggen dat beide processen precies hetzelfde zijn). Sterker nog: waar de een ophoudt en de ander begint is op zijn zachts gezegd 'vaag' (dat krijg je altijd met het indelen van een continueschaal in hokjes). De woorddelen "macro" en "micro" betekenen alleen "groot" en "klein".

Creationisten gebruiken dezelfde termen, maar bedoelen er iets anders mee. "Microevolutie" is alle evolutie die niet meer te ontkennen valt, terwijl "macroevolutie" de rest is.

bstard

Ik denk dat de visie dat entropie de neiging van energie is welke zich wil versprijden een nogal beperte is. De heren Gibbs en Bolzmann leefden in een tijdperk voor relativiteit em choas, en hebben een formulering gerealiseerd welke zich beperkt tot deterministische systemen. Een Tjallis heeft wel de bagage van de afgelopen 100 jaar vooruitgang bij zich, en komt imo met een veel volwassernere formule. http://en.wikipedia.org/wiki/Tsallis_entropy

qrnlk

De clue van de tweede hoofdwet is eigenlijk vrij eenvoudig: Op macroscopisch niveau beschrijfbare gebeurtenissen vinden niet plaats als deze op microscopisch niveau extreem onwaarschijnlijk zijn.

Wat ik hiermee bedoel is eenvoudig dit: Elke configuratie van deeltjes in de lucht is op microscopisch niveau uniek en verwaarloosbaar onwaarschijnlijk, elke van deze unieke toestanden zijn echter op macroscopisch niveau niet van elkaar te onderscheiden. De druk, de temperatuur en de verhouding van stoffen in het gasmengsel zijn gelijk.

We kunnen ons de gebeurtenis voorstellen dat alle luchtdeeltjes om ons heen zich opeens onder het bureau verzamelen, deze macroscopisch beschrijving berust echter op een extreem onwaarschijnlijke gebeurtenissen op microscopisch niveau. Het vind gewoon niet plaats.

qrnlk

Een biologisch systeem is thermodynamisch ontzettend open. Dus daarvan kan de entropie ook omhoog of omlaag. De verbranding van voedsel levert veel entropie op: de energie die darabij vrijkomt, wordt door het biologische systeem gebruikt om processen âÅomhoog"te pompen. Dat is als bij een lift: het kost energie om de lift omhoog te krijgen, maar de potentiële zwaartekrachtsenergie van de lift plus inhoud neemt toe. Dus biologische âÅorde"(DNA moleculen, botten, etc.) kan ontstaan op kosten van de omgeving (voedsel, zonlicht, etc.).

Dit is een redelijke beschrijving van de werking van leven op abstract hoog niveau. Jouw idee van een evenwicht is echter naïef. Dat in kamer A twee computers in brand gestoken worden maakt het niet waarschijnlijker dat in kamer B een computer ontstaat. Voor constructie hebben je een vorm van intelligentie nodig.

Het is dus zo klaar als een klontje, dat evolutie NIET in strijd is met de entropiewet.

Que? Je hebt net het argument gemaakt dat het leven niet in strijd is met de tweede hoofdwet... mbt evolutie heb je nog niet veel bewezen.

*gast_da_doc_*

qrnlk @15:40:

Inderdaad, entropie geeft aan hoeveel miscroscopisch verschillende toestanden compatibel zijn met de macroscopische toestand (temperatuur, druk, totale energie, etc.). Dat betekent hezelfde als "volume van de faseruimte die met de macroscopische toestand compatibel is".

Voor constructie is niet noodzakelijkerwijs intelligentie nodig. B.v. bij uitkristalliseren uit een oplossing onstaan kristalletjes met mooi geordende kristalvlakjes enzo. Helemaal vanzelf!

Of in de biologie: gooi moleculen met een hydrofoob en een hydrofiel uiteinde in het water, en zij vormen een cel met de hydrofobe staartjes naar binnen gericht. Ook helemaal vanzelf.

Of chemische klokken met oscillerende concentraties: b.v. de Beloesjov-Zhabotinski reaktie.

Ik begrijp niet wat je met je opmerking over evenwicht bedoelt.

da_doc

bstard: waarom is de Tsallis entropie volwassener? Heeft de Tsallis entropie thermodynamische toepassingen? Als je voorbeelden hebt ....

qrnlk @16:09:

Ik heb bewezen (nou ja, dat was al bekend natuurlijk), dat het argument dat evolutie in strijd zou zijn met de 2e hoofdwet, foutief is. Dat lijkt mij genoeg.

bstard @14:50: zie http://bayes.wustl.edu/etj/articles/gibbs.vs.boltzmann.pdf voor de vergelijking Gibb's H met Boltzmann's H. Door E.T. Jaynes, die zeer diepe inzichten over entropie geleverd heeft. Zie aan het eind het bedankje aan E. Wigner (ook niet onbekend), die ooit gezegd zou hebben dat entropie een antropomorfisch concept is.

We drijven nu wel een beetje van de biologie af ...

qrnlk gisterenavond:

niet toetsbaar? Zie www. talkorigins.org/faqs/comdesc

qrnlk

Je hebt mbt tot de stelling nog niets bewezen.

*gast_da_doc_* schreef:qrnlk @15:40:

Inderdaad, entropie geeft aan hoeveel miscroscopisch verschillende toestanden compatibel zijn met de macroscopische toestand (temperatuur, druk, totale energie, etc.). Dat betekent hezelfde als "volume van de faseruimte die met de macroscopische toestand compatibel is".

Ik vind mijn omschrijving iets toegankelijker

Voor constructie is niet noodzakelijkerwijs intelligentie nodig. B.v. bij uitkristalliseren uit een oplossing onstaan kristalletjes met mooi geordende kristalvlakjes enzo. Helemaal vanzelf! Of in de biologie: gooi moleculen met een hydrofoob en een hydrofiel uiteinde in het water, en zij vormen een cel met de hydrofobe staartjes naar binnen gericht. Ook helemaal vanzelf. Of chemische klokken met oscillerende concentraties: b.v. de Beloesjov-Zhabotinski reaktie.

Dit zijn voorbeelden van organisatie, niet van constructie. Probeer, ter illustratie, eens een oplossing te laten kristalliseren in de vorm van Darwins hoofd. Of een chemische klok de priemgetallen laten aftellen (begin - 2 sec - switch - 3 sec - switch - 5 sec - switch - 7 sec ...)

Het leven lijkt totaal niet op een van jouw voorbeelden. Het leven reageert en past zich aan de omgeving aan. Dit alleen al kan worden uitgelegd als een mate van een vorm van intelligentie. Helaas hebben we nog geen goede algemeen toepasbare eenheid van intelligentie. We kunnen het helaas nog niet meten.

Toch weten we (op basis van informatica, wiskunde, kunstmatige intelligentie) wel al dat intelligentie systemen niet spontaan ontstaan. Het is bijvoorbeeld helemaal niet eenvoudig om intelligente systemen te ontwerpen (programmeren) terwijl de intelligente systemen die wij kunnen maken niets vergeleken zijn bij de complexiteit van levende systemen.

(mbt common descent/design: Bedenk een test die het onderscheid kan toetsen.)

Assassinator

leven reageert en past zich aan de omgeving aan. Dit alleen al kan worden uitgelegd als een mate van een vorm van intelligentie.

Waarom dat? De omgeving reageert ook op het leven, alles reageert op elkaar. Actie/reactie, oorzaak/gevolg. Waarom kan dat alleen worden uitgelegd als een mate van intelligentie? (wat intelligentie ook mogen zijn...)

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Entropie en evolutie

Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie

Re: Entropie en evolutie