Creationistische toepassing tweede hoofdwet thermodynamica weerlegd
16 12 10 - 01:18 - Categorie: wetenschap
Bekijk deel 1 en deel 2 op Youtube.
Matt Morgan: Mijn eerste ervaring met het debat tussen de evolutie en creationisme had ik op de universiteit. Ik ging naar een conferentie met een creationist en een wetenschapper. In die tijd was ik erg naïef. Ik was niet op de hoogte van dit debat. Ik vond het wel opmerkelijk dat de presentatie werd gehouden in een kerk. De presentatie was een halve mijl van de universiteit. De universiteit organiseerde dit soort seminars voortdurend, en vele verschillende departementen zouden een evenement als dit sponsoren.
Tijdens de conferentie hoorde ik alle creationistische argumenten waar ik eerder over gelezen had. De man droeg een hoge kraag en een gehoornde bril en had een hele diepe stem. Hij kwam heel gezaghebbend over. Hij sprak over apen achter een typemachine, en ik dacht, dat lijkt niet te kloppen, maar ik ben geen statisticus, dus ik zal hem het voordeel van de twijfel geven. Toen sprak hij over gaten in het fossielenbestand, en ik dacht, dat klinkt ook niet goed, maar ik ben geen archeoloog, en ik neem aan dat de man weet waarover hij het heeft. En toen begon hij te praten over de tweede wet van de thermodynamica, en toen dacht ik, wacht even, hier heb ik verstand van, en deze man zit ernaast!
Toen ik van de universiteit afkwam begon ik hierover te lezen, en ik bleef maar lezen over die argumenten over de tweede wet van de thermodynamica. Het concept is eigenlijk niet zo moeilijk te begrijpen. We zullen het hier behandelen. Mijn doel is jullie in staat te stellen deze argumenten te weerleggen als je ze tegenkomt. Mensen die zich van deze argumenten bedienen zijn ofwel zelf verkeerd ingelicht, of ze verspreiden met opzet verkeerde informatie. En beide zijn ontoelaatbaar voor een academicus.
De tweede wet van de thermodynica wordt door sommige creationisten gebruikt om hun argumenten tegen de evolutie te ondersteunen. Op elke stap van de evolutie wordt de tweede wet toegepast: dit kan niet werken, dat kan niet werken.
Entropie en de vorming van eiwitmoleculen uit aminozuren
Het voorbeeld dat ik vandaag gebruik verwijst naar het spontane ontstaan van eiwitmoleculen door aminozuren. Ik ben geen biochemicus, ik ben een fysiochemicus, maar het gaat om de algemene stelling dat al die moleculen rondzweven en op een gegeven moment een enkele molecuul vormen, wat volgens de creationisten niet kan zijn gebeurd omdat de tweede wet dit niet zou toelaten. Maar ze hebben het mis.
Spontane processen vereisen een toename van chaos in het systeem. Oppervlakkig bekeken is dat juist, en van deze deze formulering maken de creationisten gebruik. Maar ze passen de regel verkeerd toe. De tweede hoofdwet van de thermodynamica wordt verkeerd toegepast, en er zijn meer mensen nodig om deze foute argumenten te weerleggen. Daarom wil ik uitleggen hoe je dit kan doen. Hier is een citaat van Jason Browning dat ik van het web heb geplukt:
Processen tijdens de overgang van een Big Bang naar een geordend universum, van leven naar niet leven, van eenvoudig leven naar hogere levensstructuren bevatten allemaal een enorme toename van complexiteit. Het is echter grondig bewezen dat als deze zaken aan zichzelf worden overgelaten ze altijd mínder complex worden (verval), dus het tegengestelde van de evolutie vereist. Dit is formeel bekend als de Tweede Wet van de Thermodynamica. (Jason Browning)
Als je dit argument leest zonder op de hoogte te zijn van de bijzonderheden, ben je geneigd om te denken: deze man weet waar hij het over heeft. Maar de duivel schuilt in de details, zoals men zegt. Dus wat we moeten doen is de Tweede Wet vinden en teruggaan naar dit citaat om te bepalen waarom dit citaat niet klopt.
Definitie van de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica
De tweede wet kent een conditie die entropie wordt genoemd. Deze wordt weergegeven met het symbool S. Wetenschappers zijn er goed in om een observatie te doen met het gezonde verstand, zoals de 'mate van chaos' bepalen, en daar een getalswaarde aan toe tekennen. Dit kan je opzoeken in thermodynamische tabellen voor verschillende substanties. Met de mate van chaos wordt een getal geassocieerd. In een proces kunnen we de chaos voor en na het proces bepalen. Die verandering in de mate van entropie noemen we ΔS.
De definitie van de tweede hoofdwet luidt: De entropie in een geïsoleerd systeem neemt toe tijdens spontane verandering. (Atkins, Physical Chemistry, 7th edition, NY Freeman 2002, p92) Deze definitie is juist, maar de manier waarop hij door creationisten wordt gebruikt is fout. Entropie neemt toe, dat is prima. Wat we moeten onderzoeken is de vraag wat wordt bedoeld met een 'geïsoleerd systeem'. De creationisten stappen hier simpelweg overheen, terwijl het een heel belangrijk punt is.
Wat is een geïsoleerd systeem?
Een systeem is de verzameling van moleculen die we bestuderen. Dus bijvoorbeeld die aminozuren die ronddrijven in de oerzee. Komen ze samen in een enkel eiwitmolecuul of niet?
Een geïsoleerd systeem deelt noch materie noch energie met de omgeving. Het is er volledig van afgesneden. Het neemt geen hitte op en staat geen hitte af, het is helemaal geïsoleerd.
Deze situatie is heel moeilijk te bereiken, zelfs onder laboratoriumcondities. We gebruiken een apparaat dat we adiabatische bom calorimeter noemen (adiabatische processen zijn processen waarbij geen warmteuitwisseling tussen het systeem en de omgeving plaatsvindt) om een geïsoleerde toestand te simuleren. Dit is heel complex en erg duur. Ik zeg daarom dat de oerzee géén geïsoleerd systeem was, en dat de aminozuren in de oerzee dus geen geïsoleerde systemen waren.
Ieder argument dat ons systeem behandelt als een geïsoleerd systeem deugt niet en moet worden verworpen.
Hier is een beter toepasbare definitie van de tweede hoofdwet: Een spontane reactie heeft een toename van de entropie in het universum tot gevolg.
Ook in dit geval moeten we weer definiëren waar we het over hebben. 'Universum' klinkt als 'alles'. Maar in wetenschappelijke termen ziet de wet er zo uit:
Het universum is gedefinieerd als het systeem plus zijn omgeving
Het universum is gedefinieerd als het systeem (dus de moleculen die we onderzoeken) plus de omgeving. De omgeving is dat deel dat geen deel uitmaakt van ons systeem, maar waarmee interactie plaats kan vinden.
Dus de entropie van het universum is dus het systeem plus de omgeving.
En als het systeem en de omgeving toeneemt, is voldaan aan de tweede wet. Dus aan de tweede wet is voldaan als we zeggen: ΔSsysteem + ΔSomgeving. (delta S van het systeem + delta S omgeving is groter dan nul.)
Geïsoleerd of gesloten systeem: interactie tussen het systeem en de omgeving
Een systeem kan open, gesloten of geïsoleerd zijn. Zoals ik hiervoor zei, in een geïsoleerd systeem vindt helemaal geen interactie plaats.
Een open systeem deelt materie en energie met de omgeving. Als we een chemische reactie in een open beker bewerkstellingen, spreken we van een 'open systeem'. Een gesloten systeem - wat eigenlijk geen goede naam is, omdat mensen geïsoleerd verwarren met gesloten - een gesloten systeem kan wel energie uitwisselen met de omgeving, maar geen materie. Dus een flacon met een dop erop is een gesloten systeem. Dit kan hitte opnemen en afgeven, maar er kan geen materie in of uit.
Ik kom met een hypothetische situatie. Ik weet niets van de conditie van de oerzee, maar ik zal het een gesloten systeem noemen. We gaan er geen materie aan toevoegen en er geen materie uithalen, maar er kan wel uitwisseling van energie plaatsvinden. Dat is een redelijke veronderstelling.
Terwijl de aminozuren zich samenvoegen om een complexe eiwitmolecuul te vormen, neemt inderdaad de entropie van ons systeem af. We beginnen met een boel verschillende moleculen, we eindigen met één molecuul, en er is dus minder chaos.
Nou deelde ik in het begin stukken elastiek uit. We krijgen nu een demonstratie die we doen met eerstejaars chemiestudenten. We nemen het elastiek, ons systeem. We kunnen het systeem meer geordend maken als we aan het elastiek trekken. De vezels in het elastiek komen dichter op elkaar te zitten of worden uitgestrekt. Het systeem is geordender als we het strak trekken. Houdt nu het elastiek tegen je bovenlip (de omgeving) trek snel, en vertel me of je een temperatuurverschil waarneemt op je lip. Je kan eraan trekken en het weer laten ontspannen. Ik hoop dat je merkt dat de temperatuur wat stijgt als je trekt en dat het wat koeler wordt als je het weer laat ontspannen.
Dus wat er gebeurt in dit speciale geval kan ook gebeuren met ons amonizurensysteem: als warmte van het systeem naar de omgeving vloeit, en warmte is dus de willekeurige beweging van moleculen, neemt de entropie van de omgeving toe. Delta S van de omgeving is dus groter dan 0.
Een ander argument komt voort uit de vraag wat we doen als we aan het elastiek trekken. We voegen dan arbeid toe aan het systeem. Er vindt interactie tussen het systeem en de omgeving plaats.
Dus als ΔSsysteem + ΔSomgeving > 0, wordt voldaan aan de tweede hoofdwet.
Bevriezen van water
Een ander voorbeeld: vloeibaar water bevriest bij 0º celsius. Als het water in de vijver bevriest, wat gebeurt er dan met de entropie van ons systeem? Bij de overgang van een vloeibare stof naar een vaste stof neemt de entropie van het systeem af. Maar tijdens dit proces ontsnapt er warmte uit het water terwijl het ijs zich vormt, en de entropie van de omgeving neemt toe. Als de som groter is dan 0 wordt voldaan aan de tweede wet.
Hier zijn een paar veel voorkomende fouten die creationisten maken als ze proberen de tweede wet toe te passen.
Fouten van creationisten:
- Ze definiëren de oerzee verkeerd als een geïsoleerd systeem. Het was geen geïsoleerd systeem.
- Ze definiëren het universum verkeerd, omdat dit moet worden gedefinieerd als het systeem plus de omgeving, afhankelijk van welke definite van de tweede wet ze toepassen.
Ze negeren veranderingen in de mate van entropie in de omgeving van het systeem en het effect op het universum.
We gaan terug naar het citaat van Jason Browning uit het begin.
Processen tijdens de overgang van een Big Bang naar een geordend universum, van leven naar niet leven, van eenvoudig leven naar hogere levensstructuren bevatten allemaal een enorme toename van complexiteit. (Browning)Wat is er complex? Het systeem? De omgeving? Het universum? Hij is hier vaag. Is hij met opzet vaag, of is het onwetendheid? Ik weet het niet.
Het is echter grondig bewezen dat als deze zaken aan zichzelf worden overgelaten ze altijd mínder complex worden (verval), (Browning)
Wat voor 'zaken'? Dit is een ondeugdelijke definitie, en mensen slikken het, omdat ze de tweede hoofdwet niet kennen. Deze bewering is heel simplistisch en negeert essentiële onderdelen van de tweede wet. Wat voor 'zaken'? Wat is er 'complex', het systeem, de omgeving, het universum? Als deze mensen een wetenschappelijke argumentatie voeren, moeten ze de wetenschap goed toepassen en hun termen definiëren. ΔSuniversum = ΔSsysteem + ΔSomgeving
De entropie van het systeem kan afnemen zolang de ΔSuniversum > 0.
Ik heb hier nog een citaat van ene Henry Morris.
Aangezien het uitgestrekte systeem van de hypothetisch evoluerende biosfeer als een ruimtetijdcontinuüm zowel een programma als een mechaniek lijkt te ontberen, wordt dit duidelijk uitgesloten door de tweede hoofdwet.Nou weet ik dat het zondagochtend vroeg is, dus laat ik dit vertalen voor je er teveel achter gaat zoeken: blablablabla, dus dit wordt duidelijk uitgesloten door de tweede hoofdwet. Deze man zegt helemaal níets. Dit is uit de pseudowetenschappelijke mouw geschud. Zorg dat deze mensen hun termen definiëren. Wetenschap is een rechtstreekse methode. Er moet geen mogelijkheid zijn om op het verkeerde pad te worden gestuurd, maar mensen blijven het proberen.
Om af te sluiten: de tweede wet van de thermodynamica bewijst niet dat complexe eiwitmoleculen spontaan worden gevormd uit aminozuren. Ik weet niet hoe dit in z'n werk is gegaan. Maar de tweede wet staat wel toe dat dit proces heeft plaatsgevonden.
Ieder wetenschappelijk argument dat wordt aangevoerd, moet juist zijn.
Complex leven zoals mensen bestaat omdat leven entropie genereert
Nog een filosofische aantekening die verwant is met de tweede wet. Evolutiesceptici zeggen vaak: mensen zitten ontzettend ingewikkeld in elkaar, er zijn complexe processen bij betrokken, hoe kan de tweede wet het toestaan dat we bestaan? Maar we bestaan niet om wat we zijn, maar om wat we doen. Wij zijn geordende systemen, maar we produceren chaos. Het proces van onze stofwisseling zet suiker en zuurstof om in kooldioxide en water, en we geven veel warmte af - er vindt dus stofwisseling plaats.
De chemische reactie laat zien hoe suiker en zuurstof worden omgezet in kooldioxide en water. Daarbij wordt veel warmte afgegeven, en de entropie van deze reactie is positief. Wij zijn dus entropiegenererende machines. Zolang wij entropie genereren, zullen we in staat zijn om te bestaan. En ik denk dat gegeven de hoeveelheid chaos die James Randi produceert, dat hij er voor eeuwig zal zijn.
Tenslotte nog een reactie op een publieksvraag: iemand weerlegde de stelling dat evolutie volgens de tweede wet helemaal niet mogelijk was met de vraag of de persoon die dit beweerde wel in sneeuwvlokken gelooft, want die hebben eveneens een duidelijk geordende structuur en worden spontaan gevormd.
Toelichting van Morgan over dit proces: in het geval van sneeuwvlokken ga je van een gas, waarin de mate van entropie hoog is, naar een vaste stof, dat heel geordend is. Wat gebeurt er met het systeem? Dit wordt meer geordend. Maar uit het gas komt warmte vrij terwijl het overgaat naar een vaste vorm, dus de entropie van de omgeving neemt toe. Dus de som van het systeem plus de omgeving is groter dan 0, en daarom is dit proces toegestaan.
Auteur:
Dit artikel is 3601 keer gelezen.
twaalf reacties
