Evolutie versus fysica

Evolutie en entropie zijn tegengesteld en elkaar onderling uitsluitende concepten. [1] Indien de entropie werkelijk een universele wet is, dan is er voor evolutie een probleem. Dat de beginselen van evolutie en entropie beiden beschouwd worden als universele beginselen, maar toch tegengesteld zijn aan elkaar, kan gezien worden door de volgende officiële definities:

Er is een algemene natuurlijke tendens in alle geobserveerde systemen om van orde naar wanorde te gaan, waarbij dissipatie van energie beschikbaar voor toekomstige transformaties wordt weerspiegeld. – Wet van de toenemende entropie.  [2]

Voor evolutie geldt de klassieke definitie van Julian Huxley:

“Evolutie in de brede zin kan gedefinieerd worden als een in essentie onomkeerbaar éénrichtingsproces dat plaatsvindt in de tijd, die in z’n verloop aanleiding geeft tot een toenemende variëteit en een toenemend structuur-niveau in z’n producten.”  [3]

Dus in het ene geval gaan alle geobserveerde systemen van orde naar wanorde en in het andere geval wordt er aanleiding gegeven tot een toenemende variëteit en complexiteit.

Kijken we eerst naar de Eerste Wet. Isaac Asimov definieert de Eerste Wet als volgt:

“Energie kan getransformeerd worden van één plaats naar een ander, of getransformeerd worden van één vorm naar een andere vorm, maar het kan niet gecreëerd noch vernietigd worden. Of we kunnen het op een andere manier stellen: de totale hoeveelheid energie in het universum is constant.”

De Eerste Wet is op zich al een probleem voor evolutie, omdat het een basistoestand van stabiliteit van het universum aangeeft. De fundamentele structuur van het heelal is één van conservatie, niet van innovatie. Het is echter de Tweede Wet die de evolutietheorie doet wankelen. Er is een universeel proces van verandering, en het is verandering in een bepaalde richting, maar het is geen opwaartse verandering. In de zogenaamde klassieke thermodynamica wordt de Tweede Wet, net zoals de Eerste, geformuleerd in termen van energie:

“Het is in het transformatieproces dat de natuur een scheidsrechter lijkt te zijn, en dit is waar het tweede beginsel naar voor treedt. Want elke natuurlijk plaatsgrijpende transformatie van energie wordt op één of andere manier vergezeld met een verlies in de beschikbaarheid van energie voor de toekomstige arbeid.”   [4]

In dit geval, kan entropie wiskundig uitgelegd worden in termen van de totale onomkeerbare stroom van warmte. Het uit op een kwantitatieve manier de hoeveelheid energie die in een omzettingsproces van energie onbeschikbaar wordt voor toekomstige arbeid. Opdat er arbeid zou worden verricht, moet de beschikbare energie “vloeien” van een hoger niveau naar een lager niveau. Wanneer de energie het lager niveau bereikt, bestaat de energie nog steeds, maar is het niet langer in staat om arbeid te verrichten. Warmte zal op een natuurlijke manier vloeien van een warm lichaam naar een koud lichaam, maar niet van een koud lichaam naar een warm lichaam. Een kop koffie zal niet warmer worden in een koude ruimte, er zal geen energie vloeien van de koude ruimte naar de kop koffie; indien men hitte toevoegt aan een elektromotor (die ook als generator werkt) zal er geen elektriciteit opgewekt worden. In het algemeen neemt de entropie dus toe. Omwille van deze redenen kan geen enkel proces 100% efficiënt zijn, waarbij alle beschikbare energie in arbeid wordt omgezet. Een deel ervan moet omgezet worden in niet-recupereerbare warmte om wrijving te overwinnen. Deze warmte zal zich uiteindelijk in de ruimte verspreiden. Om deze reden is een zichzelf aandrijvende eeuwigdurende draaiende machine onmogelijk.

Alles in het fysieke universum is energie in een bepaalde vorm, en omdat bij elk proces er energie onbeschikbaar wordt, is het duidelijk dat uiteindelijk alle energie in het universum uiteindelijk onbeschikbare energie zal worden, indien de huidige processen lang genoeg aanhouden. Wanneer dat gebeurt, zal alles op dezelfde lage temperatuur zijn. Er zullen geen gedifferentieerde energieniveaus zijn en geen gradiënt van energie om het vloeien ervan te induceren. Er kan geen arbeid meer worden verricht en het universum zal dan, wat fysici noemen, z’n uiteindelijke “warmtedood” bereiken. De Tweede Wet bewijst dus, zoals de wetenschap alles kan bewijzen, dat het universum een begin had. Niets kan niet iets voorbrengen. Materie kan niet zichzelf creëren. De Eerste Wet toont aan dat het universum zichzelf niet kon hebben gemaakt. De totale hoeveelheid energie in het universum is constant, maar de hoeveelheid beschikbare energie neemt af.  Vandaar, als we teruggaan in de tijd zou de beschikbare energie veel groter zijn, tot we het beginpunt bereiken waar de beschikbare energie gelijk is aan de totale energie. De tijd kan niet verdergaan dan dit. Op dit ogenblik begonnen zowel energie als tijd te bestaan. Wanneer een wetenschapper hiervoor een verklaring zoekt, dan veronderstelt hij dat ofwel zeer lang geleden één of andere natuurwet de Tweede Wet teniet deed, ofwel dat er een natuurwet is die de Tweede Wet teniet doet, die ergens ver weg in de ruimte de overhand heeft. Wanneer hij echter zo’n veronderstellingen aanneemt, dan ontkent hij zijn eigen beginsel dat zegt dat alles kan uitgelegd worden in termen van hedendaagse observeerbare wetten en processen.  Een tweede manier van het stellen van de entropiewet is in termen van statistische thermodynamica. Een groot aantal individuele moleculen, bijvoorbeeld in een gas, kunnen zich op zo’n manier gedragen dat de algemene kenmerken van dat gas voorspelbare patronen produceren in het mengsel, hoewel individuele moleculen kunnen afwijken van de norm. Wetten die zo’n gedrag beschrijven moeten statistisch of probabilistisch geformuleerd worden. In deze context is entropie een waarschijnlijkheidsfunctie gerelateerd aan de graad van wanorde in een systeem. Hoe meer wanorde in een systeem, hoe meer waarschijnlijk het is. “Alle echte processen gaan gepaard met een toename van entropie. De entropie meet ook de willekeurigheid, of gebrek aan orde in een systeem; hoe groter de willekeurigheid, hoe groter de entropie.” [5] Merk opnieuw de universaliteit op die hier wordt weergegeven: alle echte processen. Iscaac Asimov uit dit concept op een interessante manier als volgt:

 “Een andere manier van het stellen van de Tweede Wet is: ‘Het universum wordt steeds wanordelijker.’ Als men het op die manier bekijkt, dan kunnen we de Tweede Wet overal om ons heen zien. We moeten werken om een kamer op te ruimen, maar als je er een tijdje niet naar omziet dan wordt het al gauw en heel gemakkelijk weer een warboel. Zelfs indien we het nooit zouden binnentreden wordt het stoffig en muf. Hoe moeilijk is het om huizen en machines te onderhouden, en zelfs ons eigen lichaam in perfect werkende orde te houden. Hoe makkelijk is het om ze te laten aftakelen. In feite hoeven we niets te doen en alles takelt af, stort in, breekt af, verslijt… allemaal op zichzelf. En dat is waar de Tweede Wet over gaat.” 

Een wegroestende fiets. Foto: pixabay.com.

De tendens van orde naar wanorde is van toepassing op alle echte natuurlijke processen. Een natuurlijk chemisch proces is bijvoorbeeld het roesten van ijzer. Een niet natuurlijk proces daarentegen is de totstandkoming van een fiets. Daar is intelligentie, energie en arbeid voor nodig, met als gevolg een afname van entropie in dit systeem. De fiets zal zich niet vanzelf vormen uit ijzererts, ook niet door hitte, uv-licht of een blikseminslag. Een fiets die ergens achtergelaten werd zal slechts beginnen roesten en aftakelen totdat er niets meer van overblijft. Dit is dan wel weer een natuurlijk proces (orde naar wanorde). Een natuurlijk geologisch proces is de erosie van een gebergte. Evolutiewetenschappers echter, stellen dat de aarde een open systeem is, blootgesteld aan de energie van de zon, en dat daarmee de kous af is voor de evolutietheorie. Dit is uiteraard niet het geval.[6]  Een open systeem en beschikbare energie zijn enkele noodzakelijke voorwaarden voor groei in orde, maar ze zijn niet voldoende. Zoals we net zagen leidt dit enkel tot wanorde: erosie, corrosie,… De bijkomende voorwaarden voor groei in orde zijn een vooraf ‘gecodeerd programma’, een wet, plan of handeling die de informatie voorziet voor de richting van de groei van een systeem en één of meer conversiemechanismen om de externe energie om te zetten in het hoog-specifieke werk van interne groei (vb. de groei van een organisme via de informatie in het DNA en de werking van eiwitten en organellen of de bouw van een fiets via een plan en door een arbeider, vorming van plastics uit ruwe aardolie door chemici…).

Welk natuurlijk chemisch proces was dan in staat om zomaar het DNA van 5.000.000 geordende baseparen te doen ontstaan dat alle informatie voorziet voor de ontwikkeling van een levende bacterie?  Welk natuurlijk proces liet ‘per toeval’ de complexe eiwitten (en de processen) ontstaan voor de transcriptie en translatie van DNA naar een eiwit, waardoor een levend organisme kan worden opgebouwd? Welk proces was in staat om uit anorganische elementen een werkende levende cel te vormen, bestaande uit complexe eiwitten, lipiden en DNA? Hoe resulteert een echt natuurlijk proces, die van orde naar wanorde (of van een toestand met lage entropie naar een toestand met hoge entropie) gaat, in evolutie, die van wanorde naar orde gaat? Hoe kon de informatie in het DNA van een bacterie zodanig vermeerderd worden dat er nu uiterst complexe levensvormen bestaan, inclusief de mens? Evolutie als een groeiproces op de gigantische schaal van een molecule tot een zeer complex levend en perfect functionerend wezen vertegenwoordigt een absoluut gigantische toename in orde en complexiteit. Daarbij komt dat mutaties in het DNA de informatie enkel verminderen. Topwetenschapers die dit probleem erkennen, zoals Dr. Prigogine die zelfs de Nobelprijs kreeg, wringen zich in allerlei bochten en doen allerhande pogingen, maar slagen er maar niet in om hier een fatsoenlijke uitleg voor te geven [7]. Dit is uitermate problematisch voor de hele evolutietheorie.


[1] http://www.icr.org/article/evolution-thermodynamics-entropy/

[2] R. B. Lindsay: “Physics—To What Extent Is It Deterministic?” American Scientist, Vol. 56, Summer 1968, p. 100.

[3] Julian Huxley: “Evolution and Genetics” in What is Man? (Ed. by J. R. Newman, New York, Simon and Schuster, 1955), p.278.

[4] R. B. Lindsay: “Entropy Consumption and Values in Physical Science,” American Scientist, Vol. 47, September, 1959, p. 378.

[5] Harold Blum: “Perspectives in Evolution,” American Scientist, October, 1955, p. 595.

[6] https://www.icr.org/article/entropy-open-systems/

[7] http://www.icr.org/article/thermodynamics-origin-life-part-i/