Życie jako nieustanna walka ze wzrostem entropii
Prof. Ziemowit Miłosz MALECHA
Można przypuszczać, że siła życiowa dąży do coraz większego uporządkowania materii i energii, obejmującego coraz większą skalę. Niewykluczone, że w pewnym momencie stanie się zdolna do oddziaływania na entropię nie tylko lokalnie, lecz również w wymiarze bardziej fundamentalnym – pisze prof. Ziemowit Miłosz MALECHA
.Entropię najlepiej tłumaczyć w ujęciu statystycznym, ponieważ właśnie ono daje najbardziej fundamentalne wyjaśnienie tego pojęcia w sensie absolutnym. Opisuje ją równanie Boltzmanna, które „zlicza” wszystkie możliwe mikrostany układu – czyli konfiguracje cząsteczek – odpowiadające temu samemu stanowi makroskopowemu obserwowanemu z zewnątrz.
Wyobraźmy sobie trzy cząstki o różnych kolorach. Jeśli kolejność ich ułożenia nie ma znaczenia, wówczas istnieją trzy możliwe konfiguracje. Natomiast jeśli kolejność kolorów jest istotna, to tylko jedna z tych konfiguracji spełnia określone kryteria. W tym ujęciu pierwszy przypadek charakteryzuje się wyższą entropią niż drugi. Kluczowym aspektem w dyskusji o entropii jest to, że stan drugi jest w pewien sposób wyróżniony – a więc bardziej uporządkowany – i że do jego stworzenia oraz utrzymania potrzebna jest ingerencja z zewnątrz.
Nie do końca wiadomo, co było na początku, ale można przyjąć, że entropia Wszechświata w tym momencie była bliska zeru. Wszystkie możliwe stany były zredukowane do jednego – ekstremalnie uporządkowanego. Podążając za teorią Wielkiego Wybuchu, nagle nastąpiła gigantyczna manifestacja energii, a wraz z nią zaczęło pojawiać się coraz więcej możliwych konfiguracji materii i energii, co oznaczało także gwałtowny wzrost entropii. Zasadniczo do dziś nic się w tej kwestii nie zmieniło – entropia nadal rośnie. W ujęciu absolutnym oznacza to, że wszystkie struktury charakteryzujące się jakimś stopniem uporządkowania z czasem tracą swoją wyjątkowość.
W ujęciu lokalnym sprawa wygląda inaczej. Istnienie podstawowych oddziaływań: silnego, słabego, elektromagnetycznego oraz grawitacyjnego, powoduje, że lokalnie dochodzi do koncentracji i uporządkowania energii – w postaci jąder atomowych, planet czy gwiazd. Jednak uporządkowanie to nie jest trwałe i ostatecznie ulega rozpadowi, co prowadzi do dalszego wzrostu entropii. Cała energia, dzięki której możliwe są te oddziaływania i powstanie uporządkowanych struktur, wyłoniła się w momencie „zero” – czyli w chwili Wielkiego Wybuchu.
Lokalne spadki entropii, przejawiające się w postaci gwiazd, planet oraz innych struktur, prowadzą do powstania bardzo szczególnej konfiguracji, która inicjuje pojawienie się kolejnej siły porządkującej energię – zwyczajowo nazywanej życiem. Nie jest jasne, czy siła ta jest ściśle lokalna i ograniczona wyłącznie do Ziemi, czy też bardziej powszechna we Wszechświecie. Patrząc z perspektywy obserwatora, życie zdaje się mieć nadrzędny cel: drastyczne obniżanie lokalnej entropii oraz samopowielanie się – z dopuszczeniem przypadkowych wariacji (mutacji), umożliwiających powstawanie struktur jeszcze efektywniej porządkujących energię i tym samym dalej obniżających entropię na coraz szerszą skalę.
Kolejnym etapem i nową siłą porządkującą energię na znacznie większą skalę jest pojawienie się inteligentnego życia – w postaci Homo sapiens sapiens. To zasadnicza zmiana w stosunku do wcześniejszych form życia, ponieważ człowiek nie tylko sam w sobie stanowi jedną z najbardziej uporządkowanych struktur energii we Wszechświecie, ale również jest zdolny do tworzenia złożonych, sztucznych systemów – języka, technologii, struktur społecznych – które dalej zmniejszają lokalną entropię, a jednocześnie zwiększają poziom organizacji całego środowiska, w którym funkcjonuje.
Można zauważyć, że im bardziej złożona forma życia, tym większy stopień uporządkowania – czyli niższa lokalna entropia – oraz coraz szerszy zakres przestrzeni, w której to uporządkowanie się manifestuje. Pojawia się zatem pytanie: dokąd to prowadzi? Można przypuszczać, że siła życiowa dąży do coraz większego uporządkowania materii i energii, obejmującego coraz większą skalę. Niewykluczone, że w pewnym momencie stanie się zdolna do oddziaływania na entropię nie tylko lokalnie, lecz również w wymiarze bardziej fundamentalnym.
.Czy taki rozwój doprowadzi do momentu, w którym życie – lub jego najbardziej zaawansowana forma – będzie w stanie odwrócić kierunek wzrostu entropii w skali absolutnej? Czy ostatecznym celem siły życiowej jest więc zapoczątkowanie narodzin kolejnego Wszechświata?
