Natuurkundig bewijs voor de evolutietheorie

Als de evolutietheorie klopt, moet deze ook fysisch mogelijk zijn. Om dit te onderzoeken moeten we kijken naar de Wetten van de Thermodynamica. Biochemicus en auteur van diverse populairwetenschappelijke boeken Dr. 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.” [1]

De Eerste Wet is op zich eigenlijk 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. Maar we moeten ons eigenlijk voornamelijk richten op de Tweede Wet, die stelt dat er een algemene toename is van entropie, of onbruikbare energie:

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

Een andere uitleg klinkt als volgt:

“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.” [3]

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.” [4]

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. Indien Tweede Wet werkelijk een universele wet is, dan is er voor evolutie een probleem.

 

Deze twee manifestaties, namelijk de pillen die zich vanzelf vergaren en de scherven die zich aaneen voegen, zijn onmogelijk. Dit is waar de Tweede Wet van de Thermodynamica om draait: de toename van entropie, of energie die onbruikbaar wordt.

Kijken we naar een glas dat valt en breekt: de energie die in dit glas ‘gevangen’ werd toen het glas geblazen werd door de glasblazer, komt vrij, maar is niet meer bruikbaar. Die vrijgekomen energie kan niet aangewend worden om de stukken terug aaneen te voegen. Er is dus toename van entropie (onbruikbare energie). Bij een verbrandingsmotor komt er warmte vrij door verbranding van de brandstof en door wrijving. Deze niet-recupereerbare warmte is energie die onbruikbaar wordt. Er is dus toename van entropie. Opdat er arbeid zou worden verricht (voorbeeld: het aandrijven van wielen van een auto) 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. De meest stabiele toestand wordt gekozen. Omwille van deze reden 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. De entropie in het universum neemt toe. Om deze reden is een zichzelf aandrijvende eeuwigdurende draaiende machine onmogelijk. De Tweede Wet bewijst dat het universum een begin had. Niets kan niet iets voorbrengen. 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.

Entropie kan ook uitgelegd worden in termen van orde naar wanorde:

“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]  

Een gasmengsel bij kamertemperatuur, onder normale druk, zal een hogere entropie hebben dan een gasmengsel in een gasfles, onder hoge druk. Om dat gas in die fles te krijgen, moet energie worden toegevoegd, met een afnamen van entropie tot gevolg.

De Tweede Wet wordt ook wel de ‘Wet van verval’ genoemd. Dr. 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.” 

De tendens van orde naar wanorde is van toepassing op alle echte natuurlijke processen. Een natuurlijk chemisch proces is bijvoorbeeld het roesten van een fiets. 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). 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: de energie komt vrij, en de entropie neemt toe. Dit is dan wel weer een natuurlijk proces (orde naar wanorde). Een natuurlijk geologisch proces is de erosie van een gebergte. Maar de vorming van kristallen past vreemd genoeg ook perfect binnen dit plaatje. Moleculen hebben de neiging om het laagste niveau van energie aan te nemen. Bij veel stoffen is de laagste vorm van energie een kristal. Als je energie aan water onttrekt (het water koelt af, dus het energieniveau daalt en de entropie neemt toe), dan ontstaat een ijskristal. IJs, zout of kwarts is dus laagenergetisch. Om deze verbindingen te verbreken, moet energie worden toegevoegd en zal de entropie in dat ijs afnemen. Als men ijs wil smelten, moet men het ijs opwarmen: er moet energie worden toegevoegd. Moleculen van levende organismen zijn compleet het tegenovergestelde. Zij zijn hoogenergetisch. Als je hun molecuulverbindingen verbreekt, moet geen energie worden toegevoegd, maar komt er energie vrij: denk aan een haardvuur dat warmte geeft of het verteerde voedsel dat energie voorziet voor het organisme. Er is dus energie nodig om (moleculen van) levende organismen te vormen.

 

 

 

 

 

 

 

 

Links: een laag-energetisch ijskristal waar energie moet worden toegevoegd om de molecuulverbindingen te verbreken; rechts: een houtvuur waar energie vrijkomt bij de verbreking van de molecuulverbindingen.

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,… of de vorming van kristallen. De bijkomende voorwaarden voor groei in orde in de biosfeer 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; of de vorming van plastics uit ruwe aardolie door chemici…).

Welk natuurlijk chemisch proces was dan in staat om zomaar het DNA met 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’ het complexe mechanisme 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] R. B. Lindsay: “Entropy Consumption and Values in Physical Science,” American Scientist, Vol. 47, September, 1959, p. 378.

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

[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/