dinsdag 29 augustus 2006

Entropie: tussen "Vereenvoudiging" en "Simplificatie"

Lezer Delirium vond dat de post over de entropiewet te licht was. Dat was natuurlijk voor een stuk zo, zoals ik er zelf al bijzette: soms moet je het doen met een intuïtief idee, omdat een intuïtief idee nog altijd beter is dan helemaal geen idee. En dan heb ik behoefte aan meer specifieke kritieken op het vage idee, voor ik accepteer dat het zijn taak - het geven van een vaag idee - zo slecht vervult dat je nog beter af bent met helemaal geen idee. Tot het zover is denk ik dat het beeld van een willekeurige instantie ("kans"), uitgebeeld door een klein babytje beter, en niet slechter, is dan helemaal geen idee.

Bijvoorbeeld, zegt Delirium, geeft mijn beeld helemaal geen rekenschap van de mogelijkheid dat er complexe biologische structuren verschijnen. Maar het punt is dat - en dit staat uitdrukkelijk in de tekst - mijn beeld het heeft over de gebeurtenissen in een gesloten systeem. Terwijl het systeem waarin complexe biologische structuren verschijnen helemaal geen gesloten systeem is. Het is een systeem waar sinds miljarden jaren een nogal constante energiestroom door loopt; afkomstig van de zon.

Let wel, dat maakt niet dat Delirium het mis heeft over de entropie. Het maakt alleen dat ik voorlopig maar blijf denken dat mijn beeld beter is dan helemaal geen idee. Maar omdat we daarmee een ander heel interessant onderwerp hebben geraakt, is het de moeite om er even verder bij stil te staan. Dat andere onderwerp is de vraag of er geen conflict is tussen de entropiewet, en biologische evolutie. "Entropie" versus "Natuurlijke Selectie"; Komt Dat Zien!

Aangezien Delirium het zelf heeft over de mogelijkheid één en ander in termen van "warmte" uit te drukken, neem ik dat maar als vertrekpunt. Een manier om de entropiewet te formuleren is dat een gegeven systeem de neiging heeft de temperatuur aan te nemen van zijn omgeving. Tijdens een warme zomernacht zet je je raam open om je slaapkamer te laten afkoelen, maar tijdens de winter zet je de verwarming aan om hetzelfde verschijnsel juist te bestrijden. Je wil in de winter immers helemaal niet dat je huis de temperatuur aanneemt van de omgeving. Het probleem van de biologische structuren is dan herformuleerbaar als: levende wezens nemen helemaal niet de termperatuur aan van hun omgeving. Wijzelf, bijvoorbeeld, halen 36 graden, en zodra we de temperatuur aannemen van onze omgeving - zeg, een stuk dichter bij het nulpunt, is een ander woord daarvoor "dood".

Maar daarmee is er niet meer conflict tussen de entropie en de evolutietheorie, dan in het volgende voorbeeld waarmee ik enkele jaren geleden de creationisten zwaar de stuipen op het lijf heb gejaagd. Wandelend in de avondzon op een zandstrand kan je aan je voeten voelen dat het zand helemaal niet de temperatuur van de omgeving aanneemt, maar integendeel een stuk warmer is. Destijds stelde ik de vraag: is dat (a) omdat dat zand de entropiewet negeert, of (b) omdat je iets over het hoofd hebt gezien? Alleen al het gepruttel dat daarop volgde brengt me in de verleiding een paar url's op te zoeken, maar dit terzijde.

Het punt is, het "conflict" tussen de entropiewet en de biologische evolutie waar de creationisten het zo graag over hebben, is een gefabriceerd conflict, dat de zon over het hoofd ziet. Gesloten systemen zullen de temperatuur van hun omgeving aannemen, maar een systeem dat door de stralen van de zon wordt beschenen is nu eenmaal geen gesloten systeem: het warmt op. En daarop is biologische evolutie alleen maar een complexe variant, dat loopt via het mechanisme van de "Natuurlijke Selectie" (1).

We beginnen met dode materie. Dode materie is wat je zou verwachten: de entropiewet heeft het ons juist verteld. Alleen, nu gaat daar ook nog een ster, bijvoorbeeld onze zon, op schijnen. Sommige materie is nogal inert, zoals zand, en warmt alleen maar op. Andere materie is daarentegen eerder actief, zoals koolstof. Onder invloed van de energie van de zon gaat koolstof een hoop chemische reacties aan met ander spul, en vormt (nog steeds simpele) moleculen. Natuurlijk, de entropiewet zegt dat die simpele moleculen met de tijd weer afgebroken raken. Dus op het eerste zicht, nog steeds niets bijzonders aan de hand.

Maar toch: het systeem kan ook uitzonderingen toestaan, en het systeem kan bovendien nog steeds beschenen worden door de zon. Er kunnen structuren ontstaan die replicerend werken. Daarvan kennen we veel voorbeelden: kristallen; maar ook leven. Eenmaal ze kunnen repliceren is er het concept "erfelijkheid", en nu kan "natuurlijke selectie" optreden. Repliceerbaarheid leidt ertoe dat er ineens wèl iets bijzonders aan de hand is: structuren kunnen ontstaan die in een gesloten systeem niet kunnen ontstaan. Het hele proces staat en valt met de aanwezigheid van de zon: laat de zon uitdoven, en alle leven zal al vrij snel de temperatuur van zijn omgeving aannemen. "Dood". En dat klopt met het beeld van het kleine babytje dat met de blokjes speelt. De bestanddelen waaruit het leven bestaat zullen zich niet in stand kunnen houden, maar integendeel uit elkaar vallen, zodra er niet langer een constante energiestroom is waarop het leven kan meedrijven.

Natuurlijk zijn al die beelden een vereenvoudiging - maar dat had ik er dan ook bijgezet. Vereenvoudigingen zijn (als ik even snel wat definities mag voorstellen) manieren om een eerste inzicht te creëren in een complexe materie, dat beter is dan helemaal geen idee. Ik denk niet dat ik me daarbij schuldig gemaakt heb aan "simplificatie", als ik dat snel even definiëer als een poging tot vereenvoudiging die zo ver gaat dat essentiële concepten verloren gaan, of zelfs foute concepten tot stand komen. Dat je zelfs beter af zou zijn met helemaal geen idee, zeg maar. En omdat ik tegelijk (nog steeds) denk dat het beeld van het babytje met haar puzzel een goed beeld is van wat er gebeurt in een gesloten systeem, en ik er die laatste nuance wel degelijk had bijgezet, pleit ik onschuldig aan "simplificatie", en houd ik me voorlopig maar aan “vereenvoudiging".
-------------------------------------------------------------------------------------
(1) http://speelsmaarserieus.blogspot.com/2006/03/dingen-die-iedereen-zou-moeten-weten-3.html

2 opmerkingen:

delirium zei

Versta me niet verkeerd, ik wilde niet zeggen dat je er naast zat, je beeld van blokjes in een willekeurig ligging is vrij correct, alleen moet je er nog een paar belangrijke dingen bijhalen om tot een begrijpbare conclusie te komen. Het feit dat de zon energie op de aarde afstraalt op de aarde is er een van. Maar het verhaal gaat nog veel verder. Nemen we even het voorbeeld van de ijskristallen op de ruiten.

Als op een winteravond bij het ondergaan van de zon, de energiestroom verdwijnt, koelt de omgeving af. Nu zal de lucht sneller afkoelen dan het water op de ruiten en dus kom je op een gegeven situatie dat het lucht aanzienlijk kouder is dan het water op de ruiten en dat het water zijn warmte afgeeft aan de lucht. Nu kan men wiskundig aantonen dat de kristalstructuur van watermoleculen met zijn steeds kleinere vertakkingen de watermoleculen juist zeer efficient maken in het afgeven van warmte aan de lucht (dus, het water zo snel mogelijk de temperatuur van de omgeving kunnen aannemen). Met andere woorden: de 'geordende' kristalstructuur zorgt ervoor dat de entropie kan gemaximaliseerd worden! Ijskristallen zijn geen 'uitzondering' op de entropiewet, ze zijn er juist een voorbeeld van. En zo kan je het systeem gaan veralgemenen: door het spel van dag en nacht, zomer en winter, ijstijden en warmere perioden, gaan zich chemische structuren vormen die zeer efficient zijn in het opnemen van warmte als de zon begint te schijnen en het afgeven van warmte als het kouder wordt. En - DNA strengen doen dat efficienter dan wat losse koolstofatomen. Je hebt enkel wat wiskundige genieën nodig (waarop we helaas nog wat zullen moeten wachten) die kunnen aantonen dat de vorming van DNA geen 'toeval' was, maar een noodzakelijk chemisch proces om de entropie te kunnen maximaliseren, en de creationisten hun liedje zal opnieuw een toontje lager klinken.

Koen Robeys zei

Kijk, dat is nu een commentaar die bijna in zijn eentje de moeite van het blog rechtvaardigt. Een hoop dingen die ik nog niet wist, die van iets dat ik wel al wist, meteen een bijzonder geval maken, een voorbeeld temidden van vele andere.

Waarvoor dank.