Σάββατο, 17 Ιουνίου 2017

Εντροπία και Ζωή

Η Εντροπία αποτελεί μέτρο εκτίμησης της αταξίας ενός συστήματος, δηλαδή της έλλειψης οργάνωσης των μερών του. Η τέλεια οργάνωση ορίζεται ως η βέλτιστη κατάσταση που μπορεί να επιτευχθεί με βάση ορισμένα κριτήρια και μερικά παραδείγματα τέτοιων είναι η διάταξη αριθμών κατά αύξουσα σειρά, η ταξινόμηση αντικειμένων με βάση κάποιο κριτήριο, η στοίχιση ατόμων καθ' ύψος
κλπ, των οποίων η εντροπία ισούται με μηδέν. Αντίθετα, αταξία έχει η τυχαία διάταξη αριθμών, το ανακάτεμα αντικειμένων και η άτακτη παράταξη των ατόμων. Ο Δεύτερος Θερμοδυναμικός νόμος επιβάλει ώστε η αταξία οποιουδήποτε συστήματος να μην αυξάνεται, δηλαδή μπορεί μόνο είτε να διατηρείται σταθερή ή αυξάνεται και στην πράξη, λόγω τριβής και απωλειών, συμβαίνει πάντα το δεύτερο. Η μείωση της εντροπίας, δηλαδή η αύξηση της οργάνωσης, είναι δυνατή μόνο με εξαναγκασμό από το εξωτερικό περιβάλλον, αλλά τότε η εντροπία του τελευταίου πρέπει να αυξηθεί περισσότερο από τη μείωση εκείνης του συστήματος, ώστε η συνολική εντροπία να αυξηθεί.

Η ζωή πάνω στη γη αποτελεί φαινόμενο μείωσης της εντροπίας, καθώς ο οργανισμός διατηρεί υψηλή τάξη των μερών του με την κατανάλωση ενέργειας που λαμβάνεται είτε από τον ήλιο για τα φυτά ή από την τροφή για ζώα. Αντίθετα, ο θάνατος οδηγεί σε σταδιακή αύξηση της εντροπίας και τελικά εξίσωση με το περιβάλλον. Σε επίπεδο κοινωνίας ο άνθρωπος, επίσης, δαπανά ενέργεια με σκοπό να διατηρήσει σε οργάνωση τον τόπο διαμονής του, με αντίτιμο τη μεγαλύτερη αύξηση της αταξίας του φυσικού περιβάλλοντος. Ακόμα και γεωλογικά, κλιματολογικά και άλλα φαινόμενα, όπως σεισμοί ή εκρήξεις ηφαιστείων αυξάνουν την εντροπία της γης, η οποία, θα περίμενε κανείς, να έφτανε σε κάποιο σημείο ώστε να μην μπορεί να αυξηθεί άλλο και να ήταν αδύνατη, έτσι, η συντήρηση της ζωής πάνω της. Ωστόσο, έχει βρεθεί ότι η γη εκπέμπει, ευτυχώς, την παραπανίσια εντροπία στο σύμπαν, ώστε η διαδικασία να είναι διαρκής και αειφόρος, ως εξής: η μεταβολή της εντροπίας ορίζεται ως η ενέργεια που ανταλλάσσει το σύστημα με το περιβάλλον δια τη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτή η ανταλλαγή. Στην περίπτωση της γης, η πρόσληψη ενέργειας από τον ήλιο γίνεται σε υψηλή θερμοκρασία, ενώ η ενέργεια που αποβάλλεται στο σύμπαν σε χαμηλότερη, με συνέπεια η διαφορά της εντροπίας να εκπέμπεται στο σύμπαν και, έτσι, η εντροπία της γης να μειώνεται με σκοπό να "χρησιμοποιηθεί" σε λειτουργίες εντός αυτής. Για παράδειγμα, αν η γη προσλαμβάνει από τον ήλιο 100 μονάδες ενέργειας σε θερμοκρασία 25 βαθμών, τότε η εντροπία της αυξάνεται κατά 100/25=4 μονάδες. Αν, όμως, αυτή η ενέργεια επιστρέφεται στο διάστημα στους 20 βαθμούς, τότε η εντροπία μειώνεται κατά 100/20=5 και συνολικά απομένει μια μείωση κατά μία μονάδα. Η παραπάνω περιγραφή είναι συνοπτική και στοιχειώδης με σκοπό να εξηγηθεί η συμφωνία του φαινομένου της ζωής με τον Δεύτερο Θερμοδυναμικό νόμο. Οι πραγματικές θερμοκρασίες του ήλιου, της γης και του συμπανικού κενού είναι περίπου 5500, 10 και -270 βαθμούς Κελσίου αντίστοιχα.

Οι ανησυχίες της παγκόσμιας κοινότητας σε σχέση με το φυσικό περιβάλλον και την ανθρώπινη δραστηριότητα, όπως η αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας μέσω του φαινομένου του "θερμοκηπίου", φέρουν κοινό παρανομαστή τη διατάραξη της λεπτής ισορροπίας της εντροπίας που παράγεται και απάγεται από τη γη, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε "εντροπιακή παγίδευση" της γης και τελικά σε αφανισμό της ζωής.
Βαγγέλης Τσούκας

1 σχόλιο:

  1. Μπράβο στον κ. Τσούκα που μας θύμισε γυμνασιακές γνώσεις... Πράγματι η έννοια της εντροπίας δεν άρεσε σε κανέναν... Γιατί απλά αποτελεί το μέτρο της ΑΤΑΞΙΑΣ και η μέγιστη τιμή της λαμβάνεται όταν έχουμε πλήρη αποδιοργάνωση, (αποσάθρωση, διάλυση ) γεγονός που συνεπάγεται την παύση της ζωής! Αντίθετα η ζωή συνεπάγεται την μείωση της της εντροπίας. Γιαυτό ο ζωντανός είναι ζεστός και ο πεθαμένος κρύος...

    ΑπάντησηΔιαγραφή