Dari semua kemajuan saintifik, evolusi telah menjadi yang paling sukar di ego manusia. Teori revolusioner Charles Darwin, yang dibentangkan dalam bukunya 1859 buku On The Origin of Species, mengancam untuk membalikkan kedudukan kemanusiaan yang tinggi di alam semesta. Namun dalam era yang sama, revolusi saintifik yang lebih tenang dan seolah-olah tidak berkaitan juga berlaku.
Kandungan Terkait
- Kakek Charles Darwin Terkenal untuk Puisi-Nya Tentang Tanaman Seks
- Surat yang ditulis oleh Charles Darwin, Dua kali Dicuri, Kembali kepada Smithsonian
- Dua Saintis Berkongsi Kredit untuk Teori Evolusi. Darwin Got Famous; Ahli biologi ini tidak.
- Evolusi Charles Darwin
Konsep entropi dalam fizik mula tidak berbahaya, sebagai penjelasan mengapa enjin wap tidak boleh menjadi sangat berkesan. Tetapi pada akhirnya, entropi juga mengancam hirarki yang ditetapkan. Dan pada hakikatnya, entropi dan evolusi lebih daripada bersifat santai.
Entropy telah diperjuangkan dan dihuraikan oleh ahli fizik Austria, Ludwig Boltzmann-yang juga menjadi salah satu promotor terbesar Darwin dalam komuniti fizik. Pada tahun 1886, empat tahun selepas kematian Darwin, Boltzmann memberikan syarahan popular mengenai entropi di mana dia berkata: "Jika anda bertanya kepada saya tentang keyakinan saya yang paling mendalam sama ada abad kita akan dipanggil abad besi atau abad stim atau elektrik, saya menjawab tanpa ragu-ragu: ia akan dipanggil abad pandangan mekanikal alam, abad Darwin. "
Namun Boltzmann lebih daripada sekadar sorak sorak Darwin. Beliau memahami teori evolusi lebih mendalam daripada yang paling dalam era itu, dan mengakui implikasi penuh idea-idea terasnya. Khususnya, dia memahami bagaimana evolusi dan fizik haba berdua bergantung pada pemahaman sejarah, dan bagaimana perubahan kecil terkumpul dari masa ke masa. Pada abad ke-19, idea-idea ini begitu revolusioner untuk dianggap sebagai sesat kepada ramai.
Selain janggut yang luar biasa, Darwin dan Boltzmann tidak mempunyai banyak persamaan seperti orang. Walaupun kehidupan kerja mereka bertindih bertahun-tahun, kedua-dua lelaki itu tidak pernah bertemu. Darwin adalah lebih daripada satu generasi yang lebih tua, dan membesar seorang lelaki yang mendarat dari sebuah keluarga yang terkenal; sakitnya membuatnya di rumah untuk kebanyakan kehidupannya yang kemudian. Boltzmann mengajar di universiti dan mengarahkan banyak perintis masa depan fizik abad ke-20. Dia mencipta alat, menulis puisi, dan mengembara secara meluas. Dia kemudiannya bergelut dengan episod kemurungan, yang diterangkan secara bertulis, dan membunuh diri pada tahun 1906.
Di permukaan, teori mereka juga kelihatan jauh dari satu sama lain. Tapi lihat lebih mendalam, dan mereka saling berkaitan.
Kedua-dua evolusi dan entropi mengganggu pandangan orang ramai tentang "semulajadi". Darwin berkata manusia berasal dari haiwan lain; bahawa kita adalah sebahagian daripada pokok keluarga yang sama seperti semua makhluk hidup, tertakluk kepada proses sejagat yang dipanggil pemilihan semula jadi. Boltzmann berkata undang-undang fizik teratur menimbulkan gangguan, dan mengharuskan kami menggunakan bahasa statistik dan kebarangkalian untuk difahami. Kedua-dua idea mengganggu pandangan abad ke-19 tentang kemajuan dan peningkatan berterusan, tetapi teori-teori juga saling berkait dengan cara Boltzmann mungkin yang pertama mengenali.
Ternak pulau Galapagos memberikan contoh utama bagi teori evolusi Darwin oleh pemilihan semulajadi. (MarcPo / iStock) Entropi ditemui oleh jurutera yang bekerja di enjin stim. Mereka menyedari bahawa tidak kira bagaimana kecekapan mesin mereka, selalu ada tenaga yang hilang dalam proses itu. Tenaga tidak musnah (itu mustahil); ia hanya tidak boleh digunakan. Rudolf Clausius menamakan kuantiti yang ditakrifkan oleh kehilangan tenaga ini "entropi, " dari perkataan Yunani untuk transformasi dan fakta bahawa ia mirip dengan "tenaga."
Fizik telah memasangkan tujuan entropi dalam Undang-Undang Termodinamik Kedua, yang menyatakan: Dalam apa-apa proses terputus dari pengaruh luaran, entropi bertambah atau tetap berterusan. Ini satu cara untuk mengatakan, dalam pengertian kosmik, bahawa tidak ada wang percuma. Setiap transaksi kos sesuatu. Tetapi menentukan cara itu sebenarnya tidak mengatakan entropi apa-dan Boltzmann mahu tahu lebih banyak lagi.
Abad ke-19 menyaksikan saintis menyatukan aspek pengetahuan manusia yang berbeza: menyambungkan elektrik kepada kemagnetan, menggunakan kaedah baru dalam fizik untuk mengenal pasti elemen kimia, dan sebagainya. Boltzmann ingin menggunakan undang-undang gerakan Newton, yang mengawal kelakuan objek makroskopik, untuk memahami kelakuan gas.
Duluannya adalah "teori kinetik, " model yang dicadangkan oleh James Clerk Maxwell (yang menuntut dakwaan terbesar ialah teori menyatukan elektrik dan kemagnetan, menunjukkan cahaya adalah gelombang elektromagnetik) dan rakan sekerja. Teori kinetik menghubungkan kelajuan zarah gas mikroskopik ke kuantiti yang dapat diukur seperti suhu. Menurut undang-undang Newton, perlanggaran individu di antara zarah-zarah ini harus kelihatan sama jika anda membalikkan arah masa. Walau bagaimanapun, entropi perlu sentiasa meningkat atau kekal sama-itu tidak dapat dipulihkan.
Kebalikannya adalah bahagian kehidupan yang normal. Memecah gelas dan menumpahkan air ke seluruh lantai tidak dapat dipulihkan. Serpihan kaca dan molekul air tidak akan secara semula secara semula jadi. Pengaduk kek tidak akan dicampur, minyak wangi yang terhempas ke dalam bilik tidak akan mengalir kembali ke dalam botol. Boltzmann ingin menerangkan peristiwa-peristiwa yang tidak dapat dipulihkan ini secara realistik menggunakan fizik mikroskopik. Dia melakukannya dengan menunjukkan betapa besar jumlah zarah gas masih dapat menghasilkan hasil yang tidak dapat dipulihkan.
Fikirkan kotak yang dimeteraikan dengan partition bergerak yang membahagikannya kepada separuh. Dalam eksperimen kami, kami mengisi separuh kotak dengan beberapa jenis gas, kemudian buka partition sedikit. Sesetengah gas akan melalui pembukaan di partition, sehingga selepas itu terdapat kira-kira jumlah gas yang sama di kedua sisi kotak.
Jika kita mula dengan setengah gas di kedua-dua belah kotak dan kemudian membuka partition, kita hampir pasti tidak akan berakhir dengan semua itu di satu sisi kotak, tidak walaupun kita menunggu masa yang sangat lama. Walaupun setiap perlanggaran di antara zarah atau antara zarah dan dinding bekas dapat diterbalikkan, hasilnya tidak.
Pasti, semua zarah gas mungkin untuk mengalir secara spontan dari satu sisi bekas ke yang lain. Tetapi seperti yang ditunjukkan Boltzmann, ia tidak mungkin kita tidak perlu bimbang mengenainya. Dengan cara yang sama, entropi boleh secara spontan berkurangan, tetapi ia tidak pernah berlaku. Ia lebih cenderung meningkat, atau - apabila zarah gas diagihkan sama rata antara sisi bekas - tetap sama.
Hasilnya adalah directionality dan irreversibility, walaupun ia berasal dari tingkah laku mikroskopik yang boleh dibalikkan. Di dalamnya, Boltzmann melihat hubungan antara entropi dan evolusi.
*****
Dalam biologi, perubahan kecil antara generasi dengan sendirinya adalah, demi niat dan tujuan kita, tanpa arah dan rawak. Teori pemilihan semulajadi Darwin menunjukkan bagaimana akhirnya mereka boleh membawa kepada perubahan tidak dapat diubah, memberikan penjelasan mendasari bagaimana spesies baru timbul daripada yang sudah ada. Darwin memanggil fenomena ini "keturunan dengan pengubahsuaian, " dan memperkenalkan idea pemilihan semulajadi untuk menjadikannya berfungsi.
Boltzmann mengakui bahawa ini adalah cara yang mendalam untuk memahami percambahan kehidupan di Bumi, seperti penjelasannya mengenai entropi memberikan pemahaman yang mendalam mengenai proses yang tidak dapat dipulihkan dalam fizik. Tetapi di luar kebolehbalikan, beliau juga mengakui bahawa kehidupan melibatkan persaingan ke atas tenaga yang ada-atau untuk meletakkannya dengan cara yang setara, pertempuran untuk meminimumkan entropi.
Perkara hidup adalah satu bentuk ciri. Sesetengah ciri tersebut adalah penyesuaian, bermakna mereka membantu organisma hidup: membolehkannya mencari makanan, atau mengelakkan menjadi makanan untuk sesuatu yang lain. Ciri-ciri lain adalah merugikan, dan ada yang netral, tidak membantu dan tidak berbahaya. Pemilihan semulajadi adalah cara evolusi memunculkan ciri-ciri adaptif dari orang-orang yang kurang bernasib baik.
(Boltzmann juga menggunakan teori Darwin untuk membantah kemahiran kita dalam mewujudkan konsep bagaimana dunia bekerja membantu manusia untuk bertahan dan berjaya. Ini bermakna minda manusia - subjek banyak spekulasi falsafah - adalah sifat adaptif, menurut prinsip Darwinian .)
Pemilihan semulajadi adalah pandangan hidup yang keras. Tetapi makhluk hidup memerlukan bahan kimia makanan dari udara, tanah atau dari makan organisma lain-dan itu bererti persaingan. Organisma yang bertahan melepasi sifat penyesuaian mereka kepada keturunan mereka, manakala ciri-ciri berbahaya hilang. Jika cukup sifat-sifat ini membina generasi, spesies baru yang baru boleh meningkat. Salah satu daripada spesies itu adalah kita: manusia dilahirkan daripada proses pemilihan semula jadi dan penyesuaian, seperti semua kehidupan lain.
Boltzmann menggunakan kedua-dua teori untuk berpendapat bahawa perjuangan hidup tidak lebih dari tenaga. Bumi mendapat banyak tenaga dari Matahari, jauh lebih banyak daripada kehidupan sebenarnya menggunakan dalam bentuk fotosintesis (dan organisma lain yang memakan tumbuh-tumbuhan dan fotosintesis lain). Sebaliknya, hidup adalah perjuangan untuk meminimumkan entropi dengan menangkap sebanyak mungkin tenaga yang ada.
Wawasan Boltzmann menghubungkan teori Darwin kepada fizik asas, pencapaian intelektual yang mengagumkan. Ia menunjukkan bagaimana kedua-dua evolusi dan entropi mempunyai pengaruh di luar domain asal mereka. Hari ini kita mempunyai algoritma evolusi dan entropi dalam teori maklumat, dan evolusi adalah pada kriteria penggunaan NASA dalam mencari kehidupan di dunia lain.
Revolusi kembar Darwin dan Boltzmann hidup. Mungkin anda juga boleh mengatakan bahawa mereka telah berkembang bersama.
