8/5/08

Ζωή και Εντροπία




Θεωρούμε συχνά πως η ζωή είναι ένα βιολογικό φαινόμενο που ξεκίνησε από την εμφάνιση των πρώτων βιομορίων βασισμένων σε ενώσεις του άνθρακα και ικανών να αποθηκεύουν, να μεταποιούν και να αναπαράγουν τη γενετική τους πληροφορία, χωρίς να λογαριάζουμε το βαθμό πολυπλοκότητας. Με αυτή τη λογική η ζωή δεν ξεπερνά τα πλαίσια μίας διεργασίας που στηρίζεται στον μεταβολισμό και στην αναπαραγωγή των 'έμψυχων' οργανισμών σε αντιπαράθεση με τα υπόλοιπα πράγματα που ονομάζουμε 'άψυχα' αντικείμενα. Αν σκεφτούμε όμως από τη μία πλευρά ότι ένας οργανισμός μπορεί να παραμείνει ζωντανός χωρίς να μεταβολίζεται και να αναπαράγεται όπως λόγου χάρη ένα βακτήριο 'θαμμένο' κάτω από τους πάγους των πόλων ή στην κατάψυξη ενός εργαστηρίου, ενώ από την άλλη μεριά υπάρχουν αντικείμενα τα οποία παρότι δεν είναι ζωντανά μπορούν να μεταβάλλονται και να διαιωνίζονται όπως τα σωματίδια του μικρόκοσμου ή ακόμη και αφηρημένες έννοιες και ιδέες των ανθρώπων, τότε θα μπορούσαμε να σκεφτούμε πώς θα διευρύναμε τον ορισμό της ζωής με τέτοιον τρόπο ώστε να αποκτήσουμε μία πληρέστερη όσο και ακριβέστερη αντίληψη για τη ζωή.


Ποιο θα μπορούσε να είναι το βασικό και αδιάψευστο στοιχείο για τη ζωή; Μπορούμε να πούμε ότι τα μιμίδια του Dawkins είναι ζωντανές οντότητες αφού μπορούν να αυτοσυντηρούνται και να αναπαράγονται ακριβώς όπως οι βιολογικοί υιοί; Τα πλάσματα της ανθρώπινης φαντασίας δεν έχουν όλα τα χαρακτηριστικά μιας ζωντανής οντότητας, αφού υπάρχουν κι εξελίσσονται παράλληλα και ίσως ως ένα βαθμό ανεξάρτητα από τους ανθρώπους; Ένα ηλεκτρόνιο το οποίο μπορεί να 'αποφασίζει' πώς θα συμπεριφερθεί, ως κύμα ή ως σωματίδιο, δεν δείχνει χαρακτηριστικά της ζωής, η οποία μπορεί να μεταβάλλεται από μόνη της ανάλογα με τις συνθήκες; Κάποιος θα μπορούσε να πει ότι είναι υπερβολικό να επεκτείνουμε τόσο πολύ τον ορισμό και το πλαίσιο των ζωντανών ειδών, αλλά στην πραγματικότητα θα είχε πέσει στο σφάλμα να κρίνουμε κάτι εξ ιδίων. Γιατί τελικά ζωή ονομάζουμε πάντοτε αυτό που εμείς θεωρούμε πως είναι ζωή, επομένως εξορισμού θεωρούμε ότι ζωή είναι μια ιδέα μας.


Τι θα μπορούσε να είναι ζωή; Ποιο είναι το κύριο, το καταλυτικό χαρακτηριστικό της; Οι αλχημιστές θα έλεγαν πως είναι η 'ζωική δύναμη', η vis vitalis, η οποία έρχεται από τους 'ουρανούς' κι εμψυχώνει τα σώματα. Οι αρχαιότεροι λαοί μιλούσαν για τον αιθέρα ή το κοσμικό 'πράνα' το οποίο και παρέχει όλα τα απαραίτητα της ζωής 'συστατικά'. Στην εποχή μας η λέξη που έρχεται κατ' ευθείαν στο μυαλό είναι η λέξη ενέργεια. Αντί όμως να φανταστούμε κάποιο είδος νέας, άγνωστης ενέργειας, θα στραφούμε στα είδη ενέργειας που γνωρίζουμε ήδη. Ο Boltzmann, το 1875, κτίζοντας σε προηγούμενες σκέψεις των Clausius και Kelvin, θα πει: 'Ο καθολικός αγώνας της επιβίωσης των έμψυχων όντων δεν είναι ένας αγώνας για πρώτες ύλες- αυτές για τους οργανισμούς είναι ο αέρας, το νερό και το χώμα- ούτε για ενέργεια η οποία βρίσκεται μέσα στο σώμα με τη μορφή θερμότητας, αλλά ένας αγώνας για [αρνητική] εντροπία, η οποία παρέχεται κατά τη μεταφορά ενέργειας από το θερμό ήλιο προς την κρύα γη.' [1]. Ο Boltzmann δηλαδή θεώρησε όχι μόνο ότι η ζωή θρέφεται σε τελική ανάλυση από ενέργεια (αφού όλες οι πρώτες ύλες που καταναλώνουμε αξιοποιούνται με τη μορφή θερμότητας) αλλά και ότι επιπλέον το κύριο χαρακτηριστικό σε αυτή τη διαδικασία είναι η μείωση της εντροπίας. Ο Schrödinger, το 1944, στο κλασικό βιβλίο του 'Τι είναι ζωή;' και συνεχίζοντας τη σκέψη του Boltzmann, εξηγεί: 'Επιτρέψτε μου να πω πρώτα, ...., ότι θα άφηνα τη συζήτηση να στραφεί στην ελεύθερη ενέργεια. Πρόκειται για την πλέον οικεία έννοια σ' αυτό το περιεχόμενο...'


Φτάσαμε πολύ γρήγορα και σχετικά εύκολα σε ένα καθολικό και συνάμα θεμελιώδες γνώρισμα- ορισμό της ζωής: Ζωή είναι μία διεργασία η οποία χαρακτηρίζεται από την πρόσληψη ελεύθερης ενέργειας και την παραγωγή αρνητικής εντροπίας. Σε αυτό το σημείο θα χρειαστεί να γίνουν κάποιες σημαντικές διευκρινήσεις σχετικά με τις έννοιες. Στη φυσική υπάρχει ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος. Μας λέει πως όλες οι φυσικές διεργασίες είναι μη αντιστρεπτές. Δηλαδή υπάρχουν πάντα απώλειες ενέργειας με τη μορφή π.χ. θερμότητας, έτσι ώστε μία μηχανή όπως και οτιδήποτε άλλο να μη μπορεί να δουλεύει επ' αόριστο χωρίς να παίρνει καινούργια ενέργεια. Αυτή η 'φθορά' των πάντων έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας. Ακόμη δηλαδή κι αν ένα σύστημα χάσει εντροπία (π.χ. κάτι που κρυώνει), η συνολική εντροπία του σύμπαντος αυξάνει. Για παράδειγμα ένα ποτήρι με νερό που κρυώνει μειώνει την εντροπία του αλλά αυξάνει ταυτόχρονα η εντροπία του περιβάλλοντος και μάλιστα σε μεγαλύτερο βαθμό. Η εντροπία είναι πάντα κάτι που αυξάνεται. Η εντροπία μπορεί να γίνει αντιληπτή με τρεις διαφορετικούς τρόπους. Ως θερμότητα ανά βαθμίδα θερμοκρασίας, ως αύξηση της αταξίας του συστήματος και ως απώλεια πληροφορίας (για τον τελευταίο ορισμό σε επόμενο post). Η ελεύθερη ενέργεια του Gibbs ή απλά ελεύθερη ενέργεια, είναι το μέγιστο ποσό ενέργειας με τη μορφή έργου μπορεί κάποιος να πάρει από μία διεργασία (αρκεί να είναι αντιστρεπτή).


Η ζωή επομένως χαρακτηρίζεται από αυτήν την ικανότητα μείωσης της εντροπίας, παραγωγή δηλαδή αρνητικής εντροπίας (negentropy). Μάλιστα όταν η NASA ανέθεσε στον Lovelock να κατασκευάσει ένα μηχανισμό ανίχνευσης ζωής για την αποστολή στον Άρη, εκείνος αναρωτώμενος πώς θα μπορούσε να ανακαλύψει μια οποιαδήποτε μορφή ζωής είπε: 'Θα έψαχνα για μια μείωση της εντροπίας, μια κι αυτό είναι ένα γενικό χαρακτηριστικό της ζωής'. Ας ανιχνεύσουμε λοιπόν κι εμείς μια τέτοια μείωση ή παραγωγή αρνητικής εντροπίας στην περιοχή γύρω μας. Η τακτοποίηση των προσωπικών μας αντικειμένων φέρνει την τάξη κι επομένως τη μείωση της εντροπίας του δωματίου μας. Το κρύο λουτρό που κάνουμε το καλοκαίρι, καθώς και ο ιδρώτας μας βοηθάνε να αποβάλλουμε θερμότητα κι επομένως να μειώσουμε την εντροπία του σώματος. Όλος ο μεταβολισμός μας είναι ένας μηχανισμός που ως τελική συνέπεια έχει τη μείωση της εντροπίας. Η οργάνωση των σκέψεών μας βοηθάει στην τακτοποίησή τους επομένως στη μείωση της εντροπίας.


Είμαστε μηχανές που παίρνουν ελεύθερη ενέργεια από το περιβάλλον, τη μετατρέπουν σε ωφέλιμο έργο και καταφέρνουν έτσι να μειώνουν την εντροπία (μη γελαστούμε: η εντροπία που αφήνουμε στο περιβάλλον είναι πάντα περισσότερη αλλιώς θα παραβιάζαμε τον 2ο θερμοδυναμικό νόμο!). Ωστόσο κι ένα φλιτζάνι με ζεστό καφέ καθώς κρυώνει μειώνει την αταξία του κι επομένως μειώνει την εντροπία του. Είναι ένα φλιτζάνι του καφέ ζωντανό; Προφανώς όχι, αλλά απ' ό,τι φαίνεται το φλιτζάνι με τον καφέ εμπεριέχει μέσα του όλες τις απαραίτητες πληροφορίες και τις ίδιες ιδιότητες που έχει κι ένας ζωντανός οργανισμός για να τα καταφέρει. Το φλιτζάνι με τον καφέ δεν είναι ζωντανό επειδή χάνει θερμότητα και μειώνει την εντροπία του στον ίδιο βαθμό που δεν είναι ζωντανό επειδή το νερό εξατμίζεται και χάνει βάρος. Προφανώς δηλαδή και ο ορισμός της ζωής μέσω της μείωσης της εντροπίας μπορεί να είναι ακριβής αλλά δεν είναι πλήρης. Είναι πάντως περισσότερο θεμελιώδης από τον ορισμό της ζωής μέσω του μεταβολισμού και μόνο. Οπότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι κάναμε στη διαδρομή της κατανόησής μας του φαινομένου της ζωής ένα σημαντικό και αρκετά μεγάλο βήμα. Τουλάχιστον ανοίξαμε ένα παράθυρο στη σκέψη προς μεγαλύτερους ορίζοντες.


ΥΣ. Η απλή σκέψη πάντοτε βοηθά τον άνθρωπο στην εξαγωγή ορθών συμπερασμάτων. Καθώς κοιτούσα τη φωτογραφία του post, συνειδητοποίησα το πόσο ανάγκη έχει το φυτό από το βράχο και προφανώς από τον αέρα για να υπάρξει. Η ζωή δηλαδή δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς όλα τα άψυχα πράγματα στα οποία στηρίζεται και από τα οποία θρέφεται (για να μην πω από άλλες ζωντανές υπάρξεις), έτσι ώστε δεν έχει νόημα να προσδιορίζουμε τη ζωή έξω από αυτήν τη σχέση. Αυτό που ονομάζουμε 'άψυχος κόσμος' συμμετέχει στο φαινόμενο της ζωής εξίσου με αυτό που ονομάζουμε 'έμψυχος κόσμος', έτσι ώστε τα όρια μεταξύ του 'νεκρού' και του 'ζωντανού' να είναι μάλλον απατηλά. Ένας ζωντανός οργανισμός δε θα μπορούσε να υπάρξει όχι μόνον αν του αφαιρούσαμε το έδαφος, το φως, τον αέρα, το σύμπαν αλλά θα κατέρρεε αμέσως αν παίρναμε και μόνο το χώρο και το χρόνο. Θα αφανιζόταν έστω κι αν αφαιρούσαμε από μέσα του το κενό. Θεωρώ λοιπόν πως το ύστατο μυστικό της ζωής σε αυτό ακριβώς το κενό αναφέρεται και προφανώς το κβαντικό κενό, που σφύζει από αμέτρητα μικροσκοπικά σωματίδια κι επομένως απ' όλη την απαραίτητη ενέργεια να τροφοδοτήσει αυτό που αποκαλούμε ζωή.

2 comments:

  1. Άκου μία απορία που διάβασα από κάποιον σε ένα site..
    Όλα, τα πάντα, καταναλώνονται από κάτι-κάποιον άλλο.Γιατί η τροφική αλυσσίδα σταματάει στους ανθρώπους?
    Εμάς δεν θα έπρεπε κάποιος να μας "τρώει"...???Γιατί υπάρχουμε? Και για ποιούς είμαστε τροφή?

    Keep writing :)

    ReplyDelete
  2. Ποιος μας τρώει;
    Έχεις ακούσει αυτό που λένε: 'Εσύ δεν τρώγεσαι με τίποτε;'
    Ή 'Τον έφαγαν οι γυναίκες'. Ή 'Τρώγεται με τα ρούχα του...'
    Εμάς μάς τρώνε οι μεταφορές και οι αφηρημένες έννοιες.
    Στο τέλος βέβαια τα σκουλήκια. Η τροφική αλυσίδα βλέπεις είναι κυκλική.
    Την ίδια τη ζωή την τρώει η εντροπία της.

    Για μπανάκι πότε θα πάμε;

    ReplyDelete