[Column] Entropie en leven

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 25

[Column] Entropie en leven

De Italiaanse natuurkundige en schrijver Carlo Rovelli is een kleurrijk persoon. Rovelli werd in 1956 in Verona geboren en in de zeventiger jaren was hij een linkse activist. Zo was hij een van de oprichters van het vrije politieke radiostation Radio Anguana en weigerde hij militaire dienst waardoor hij in 1987 korte tijd achter slot en grendel verdween. Als natuurkundige heeft hij met name naam gemaakt door samen met Lee Smolin en Abhay Ashtekar de theorie van de loop quantum gravity te introduceren. Deze theorie stelt dat ruimte op zeer kleine schaal niet glad maar gekwantiseerd is, zeg maar korrelig net zoals materie en energie.


Rovelli is zeer gewaardeerd om zijn bijdrage aan het populariseren van de wetenschap. Zijn eerste boek is Seven Brief Lessons on Physics. Dat boek uit 2014 is in 41 talen vertaald en er zijn meer dan een miljoen exemplaren van verkocht. Daarmee treedt Rovelli in de voetsporen van andere respectabele wetenschapspopulariseerders als Carl Sagan, Richard Dawkins, Brian Fox, Brian Green en Stephen Hawking. In 2017 verscheen van Rovelli het boek The Order of Time dat gaat over de hypothese die uit de loop quantum gravity volgt, namelijk dat het bestaan van tijd niet fundamenteel is voor de theorie die het universum beschrijft. Tijd is emergent, een illusie die ontstaat in een thermodynamische context. Het gaat dus weer over entropie die de richting van the arrow of time bepaalt. De Tweede Wet van de Thermodynamica stelt dat in een gesloten systeem de entropie nooit afneemt, dat in het universum de entropie toeneemt, de chaos groter wordt en de hoeveelheid informatie afneemt.


Tenminste in de dode natuur. Al enige tijd zijn er wetenschappers die beargumenteren dat de levende natuur, entropie verkleint. Planten en dieren bezitten goed georganiseerde en gestructureerde mechanismen die er voortdurend voor zorgen dat hun biologische systemen in stand worden houden en orde in de chaos wordt geschapen. Het is dan ook niet toevallig dat de in 1961 overleden Nobelprijswinnaar en natuurkundige Erwin Schrödinger (ja, hij van die kat) in 1944 in zijn boek What is life? opperde dat leven negatieve entropie (negentropie) oplevert, ofwel entropie doet afnemen. Aan deze uitdagende stelling is later door Schrödinger zelf en anderen gemorreld. Een belangrijke rol in de discussie speelde de Amerikaanse biochemicus Albert Lehniger die in 1982 in zijn lesboek Principles of Biochemistry gebruik maakte van het principe van de zogenaamde Gibbs vrije energie. Lehniger schreef dat levende organismen hun interne orde behouden door vrije energie in de vorm van voeding of zonlicht aan hun omgeving te onttrekken en door een gelijke hoeveelheid energie in de vorm van warmte en entropie aan hun omgeving af te staan. Simpel gezegd: planten en dieren verminderen hun eigen entropie maar vergroten daarbij de entropie in hun omgeving. Nog korter door de bocht: mensen streven naar orde in zichzelf maar veroorzaken daarmee wanorde in hun omgeving.


Dat streven naar orde zit evolutionair in ons gebakken via het DNA in onze cellen. Het DNA bevat immers de broncode voor de programmatuur die verantwoordelijk is voor de algoritmen of verzameling instructies die zorgen voor het creëren en onderhouden van het organisme van de cel. Het DNA en andere macromoleculen bepalen de levenscyclus van een organisme: geboorte, groei, volwassenheid, aftakeling en dood.


Zoals bij alles met entropie, draait het ook hier bij de directe relatie met leven, om informatie. Ook psychologen maken gebruik van de begrippen entropie en informatie. Een van hen is de Poolse psychiater Antoni Kȩpiński die tijdens de Tweede Wereldoorlog in Auschwitz gevangen heeft gezeten en als een van de eersten onderzoek deed naar het posttraumatic stress disorder (PTSD), dat eerder bekend was onder de naam KZ-syndroom. Kȩpiński deed onderzoek naar psychologische entropie en kwam op de proppen met de term informatiemetabolisme. Deze informatie-uitwisseling vindt niet alleen in mensen maar ook tussen mensen plaats en wel op drie niveaus: biologisch, emotioneel en sociaal-cultureel. Als bij een mens de informatie van de interne presentatie van de werkelijkheid te veel afwijkt van de informatie die uit de omgeving komt (competition of behavioral and perceptual affordances), kan dat leiden tot mentale stoornissen. Omdat het bij een levend organisme draait om het vergroten van de eigen entropie door voortdurende informatie met de omgeving uit te wisselen, is het noodzakelijk dat er geen te grote discrepantie bestaat tussen het interne wereldbeeld en het wereldbeeld dat door de waarnemingen wordt opgeroepen. Zo'n ervaring leidt tot ongewenste mentale reacties zoals angsten.


Terug naar Rovelli. Hij verleidde mij tot deze lastige column over het boeiende onderwerp Entropie en Leven bij het lezen van een interview met hem in de Guardian van 31 maart jl. Zijn antwoord op de vraag wat zijn favoriete nog niet gerealiseerde project is (Wat is uw droom?) zei hij dat hij het oneens is met de aanname dat een levend organisme in een soort strijd tegen entropie is gewikkeld. Hij vindt dat het algemene idee dat een levend organisme de entropie op lokaal niveau laag probeert te houden, fout en misleidend. Hij stelt dat leven een manier is om entropie te laten groeien, niet een manier om het klein te houden. Rovellis droom is in staat te zijn dit idee op de juiste wijze en kwantitatief uit te werken. Hij weet niet of hij daar ooit toe in staat is. I have to study.


Het wachten is dus op Rovellis volgende boek. Ondertussen speel ik verder met de woeste en ook wel romantische gedachte (David tegen Goliath, goed tegen kwaad) dat de levende natuur in een formidabele strijd is gewikkeld tegen de toenemende entropie van de dode natuur. Als ik straks in de zomer op het strand met mijn kleinzoon of kleindochter een zandkasteel bouw, hebben wij weer even gewonnen. De informatie over de vormen van muren, kantelen, torens, slotgrachten en ondergrondse gangen hebben wij dan vastgelegd in onze creatie. Als wij aan het einde van de middag na het nuttigen van de room- en waterijsjes licht verbrand en zeer voldaan naar huis gaan, zullen zon, zee en wind het kasteel en daarmee onze in zand gestolde informatie vernietigen. Wij hebben dan de strijd tegen de toenemende entropie verloren. Tijdelijk? Wie of wat zal uiteindelijk de strijd om informatie winnen?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Gebruikersavatar
Berichten: 102

Re: [Column] Entropie en leven

Stel: "Waarom gebruikt de levende natuur met haar entropie verlaging eigenschappen niet 'donkere energie' als compensatie!  Daar hebben we toch genoeg van!"  :)

Gebruikersavatar
Berichten: 25

Re: [Column] Entropie en leven

Vorige week verscheen het boekje 'Tossen met de kosmos; Over entropie en de statistiek van het heelal' van wetenschapsjournalist George van Hal. Vroeger NewScientist, nu Volkskrant. Het is een zeer goed en vlot geschreven boekje over entropie. Zeer het lezen waard.

Reageer