Thermodynamisch möglicheOrdnungsbildung schließt

Evolution aus

Eine naturwissenschaftliche Widerlegung

des Darwinismus

Thomas Seiler

Texte für die folgenden FolienFolie 1

Der Titel dieses Vortrags lautet "Thermodynamisch mögliche Ordnungsbildung schließt Evolution aus". Er wird das 2. Gesetz der Thermodynamik beschreiben, das besagt, dass sich in jedem isolierten System alle natürlichen Prozesse von Ordnung zu Unordnung und nie umgekehrt bewegen. In "offenen Systemen", jedoch, sind bestimmte Arten einer beschränkten Ordnungsbildung möglich. Es wird jedoch gezeigt, dass der hypothetische Prozess der Evolution nicht zu diesen Ausnahmen der offenen Systeme gehört. Er wird deshalb durch die Thermodynamik ausgeschlossen, d. h. Evolution gehört nicht zur Wirklichkeit.

Folie 2

Um die universelle Gültigkeit der physikalischen Gesetze zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, dass die gesamte Materie aus denselben Arten von Teilchen zusammengesetzt ist. Von Galaxien bis zur Erde, von Steinen und Wasser zu Metallen und auch den Körpern von lebenden Wesen: Jedes materielle Ding ist aus Molekülen und Atomen aufgebaut, die ihrerseits aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammengesetzt sind. Wenn wir das physikalische Verhalten von materiellen Gegenständen kennen wollen, müssen wir nur die physikalischen Gesetze kennen, die die Atome und Moleküle, aus denen sie bestehen, steuern.

Folie 3

Die zwei wichtigsten Gesetze, die das Verhalten von physikalischen Objekten steuern, sind der erste und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Der erste Hauptsatz, das Gesetz der Energieerhaltung, besagt, dass in jeder physikalischen oder chemischen Reaktion die gesamte Energie nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden, aber nie zerstört werden kann, noch kann Energie erzeugt werden. Das zweite grundlegende Gesetz, das für die folgenden Betrachtungen besonders bedeutsam ist, ist das Gesetz der zunehmenden Entropie. Es wird in den folgenden Folien erklärt.

Folie 4

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann am Beispiel eines Systems von Teilchen , die sich zufällig in allen Richtungen bewegen,leicht verstanden werden, z.B anhand einer Anzahl von Gasmolekülen in einem geschlossenen Volumen. Die Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, definiert die Temperatur des Gases. In dieser so genannten Brownschen Bewegung kollidieren die Moleküle ständig miteinander. In jedem zufälligen Zusammenstoß ändern sie ihre Geschwindigkeit und ihre Richtung. Infolge dieser Zufallsprozesse werden die Teilchen im verfügbaren Raum homogen verteilt. In ähnlicher Weise werden ihre durchschnittlichen Impulse, d. h. im Fall von massegleichen Teilchen, ihre durchschnittlichen Geschwindigkeiten, identisch sein. Mit anderen Wörtern: die Temperatur wird über das ganze Volumen gleichmäßig verteilt.

Folie 5

Dieses zeitliche Verhalten jeder Menge von Teilchen wird in den folgenden beiden Folien illustriert. Das Volumen oben zeigt ein Gas mit einer geordneten Temperaturverteilung: Die langsamen d. h. kalten Moleküle, sind in der linken Hälfte des Volumens, die heißen, d. h. die schnellen, befinden sich in der rechten Hälfte. Infolge der zufälligen Kollisionen, wird sich das ganze System zu jedem späteren Zeitpunkt in Richtung einer gleichmäßigeren Verteilung der Impulse oder Temperatur bewegt haben. Schließlich wird es eine völlig ungeordnete Verteilung von Impulsen einnehmen, wie im unteren Bild dargestellt. Dieser Zustand ist bei weitem der wahrscheinlichste, während es höchst unwahrscheinlich ist, dass sich die Moleküle von selbst in der geordneten Weise des oberen Bildes anordnen. Wenn die Veränderung auf die entgegengesetzte Weise von der wahrscheinlichen zur unwahrscheinlichen Verteilung abliefe, würde es zwar die gesamte kinetische Energie des Systems nicht notwendigerweise verändern, d. h. es würde den ersten Hauptsatz der Thermodynamik nicht notwendigerweise verletzen. Jedoch verbietet der zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine solche Veränderung von unten nach oben, weil es zu unwahrscheinlich ist.

Folie 6

Dasselbe gilt für ein System mit einer geordneten Verteilung der Koordinaten im Raum. Mit fortschreitender Zeit werden sich die Moleküle immer gleichmäßiger über den gesamten Raum verteilen. Das System wird sich von der geordneten Verteilung im oberen Bild zur ungeordneten Verteilung im unteren Bild entwickeln, d. h. es wird sich von einem Zustand der geringen Wahrscheinlichkeit zu einem Zustand der hohen Wahrscheinlichkeit bewegen. Wieder wird die entgegengesetzte Veränderung, obwohl sie in Übereinstimmung mit dem ersten Hauptsatz wäre, durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ausgeschlossen: Die Unordnung kann nicht zu Ordnung werden.

Folie 7

Dieses universelle Verhalten der gesamten materiellen Welt, wie es durch den zweite Hauptsatz beschrieben wird, ist von Physikern in einer exakten mathematischen Begrifflichkeit formuliert worden.

Die wichtigste Größe ist die Entropie S. Sie ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit P eines Zustands des Systems gemäß S = k * ln P. Je höher die Wahrscheinlichkeit einer Anordnung, desto größer ist eine Entropie. Im Prinzip kann diese Wahrscheinlichkeit, d. h. die Entropie, für jedes materiellen Objekt berechnet werden. Die Lehrbuch-Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik für jedes isolierte System von Materie lautet folgendermaßen: "Ein System wird sich nie von allein in einen bedeutend unwahrscheinlicheren Zustand umwandeln, d. h. seine Entropie wird nie um mehr als einige k abnehmen."

Die erlaubten Schwankungen um einige k, d. h. einige Vielfache der winzigen Boltzmann-Konstanten, sind für unsere Betachtungen vernachlässigbar.

Dieses Gesetz ist die Grundlage der gesamten Natur und jedem durch unsere gemeinsame Alltags-Erfahrung gut bekannt.

Texte für die folgenden Folien

Folie 8

Diese Aussage von Lieb und Yngvason in der Zeitschrift "Physics Today" betont die wichtige Rolle, die der 2. Hauptsatz im Universum spielt: "Keine Ausnahme zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist jemals gefunden worden - nicht einmal eine winzige. Wie die Energieerhaltung (der "erste Hauptsatz"), muss die Existenz eines Gesetzes, das so genau und so unabhängig von den Modellen ist, ein logisches Fundament haben, das unabhängig von der Tatsache ist, dass Materie aus wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt ist."

Folie 9

Einige makroskopische Beispiele der Weisen, auf denen das Entropie-Gesetz unsere Welt lenkt, sind auf dieser Seite dargstelt: Alles bewegt sich von Ordnung in Richtung Unordnung, aber nicht umgekehrt. Eine Mischung von zwei Flüssigkeiten mit ähnlicher Dichte, aber verschiedenen Farben wird sich zu einer homogenen, ungeordneten Verteilung umwandeln. Der entgegengesetzte Vorgang, dass eine homogeneus Mischung sich selbst entmischt, ist durch den 2. Hauptsatz ausgeschlossen, weil das die Entropie vermindern würde. Der Endzustand wäre unwahrscheinlicher als der Ausgangszustand. Ebenso wird ein fester Körper wie ein Haus, durch den zufälligen Einfluss von Sonne, Wind und Regen, in eine Ruine umgestaltet werden. Es ist jedoch unmöglich, dass diese zufälligen Kräfte eine Ruine wieder reparieren.Schließlich illustriert der genetische Verfall einer biologischen Art aufgrund negativer Mutationen die Auswirkung thermodynamischer Kräfte: Ein Beispiel solch eines Informationsverlustes ist der blinde Fisch Astyanax, der in dunklen Höhlen lebt, wo Augen nicht notwendig sind. Von der Außenseite sind keine Teile von Augen sichtbar, obwohl innerhalb des Kopfs noch einige Fragmente beobachtet werden können. Deshalb können wir folgern, dass diese Art einmal völlig funktionsfähige Augen besaß. Eine Folge von Mikrovariationen führte zur Zerstörung dieser komplexen Organe. Das ist ein natürlicher Prozess der zunehmenden ENtropie. Das Gegenteil, dass eine lange Folge von kleinen genetischen Veränderungen und Selektion schließlich zum Aufbau eines völlig neuen Organs führt, ist ein ausgeschlossener Prozess, da sonst die Entropie abnehmen würde.

Häufig wird an dieser Stelle eingewandt, dass sich der zweite Hauptsatz nur auf isolierte Systeme bezieht. Unsere Biosphäre sowie jedes biologische Wesen sind jedoch offene Systeme. Das bedeutet, dass sie Matiere und insbesondere Energie mit der Umgebung austauschen können. Deshalb wird argumentiert, dass die Umwandlung von ungeordneten Molekülen in geordnete biologische Organe nicht durch die Thermodynamik unterbunden wäre. Um zu überprüfen, ob das wahr ist, wird nun im Detail untersucht, welche speziellen Klassen von Ordnung sich in einem offenen System bilden können, und ob biologische Ordnung ein Teil davon ist.

Folie 10

Dieses Folie illustriert, wie die Einfuhr von Energie in ein offenes System tatsächlich Ordnung erzeugen, d. h. die Entropie vermindern kann. Dennoch können wir daran und an den folgenden Beispielen sehen, dass solch eine Produktion einer sehr beschränkten Art von Ordnung nur möglich ist, wenn bestimmte Vorbedingungen erfüllt sind. Das linke Rechteck stellt ein Volumen von Luft dar, das ein kleineres Volumen innerhalb enthält. Die ganze Anordnung hat eine gleichmäßige Temperatur von 20 °C. Es ist ein Zustand der Unordnung, ein Zustand hoher Entropie. Wenn das kleinere Volumen der innere Raum eines Kühlschranks ist, dann wird die Einfuhr elektrischer Energie von außen die Luft innerhalb abkühlen, während sie die Luft außerhalb des Kühlschranks aufwärmen wird. Auf diese Weise wird eine Temperaturverteilung mit niedriger Entropie erzeugt: 4 °C im Kühlschrank und 25 °C im Zimmer. Ordnung ist anscheinend nur durch die Einfuhr von Energie ins offene System entstanden. Es ist jedoch nicht die Energie allein. Ohne den komplizierten mechanischen Aufbau des Kühlschranks hätte der Prozess niemals stattgefunden, auch nicht mit einer unbegrenzten Energieeinfuhr. Die Anwesenheit einer Ordnung erzeugenden Maschine ist unerlässliche Vorbedingung, einer Maschine, die bereits ein Programm enthält, um die ungerichtete Energie auf solche Art und Weise umzuwandeln, dass eine Verteilung mit niedrigerer Entropie resultiert. Deshalb erzeugt solch ein Prozess keine neue Information. Alle Information war bereits vorher in der Maschine enthalten.

Folie 11

Biologische Lebewesen sind weitere Beispiele von offenen Systemen, die Ordnung erzeugen können, wenn Energie zugeführt wird. Wenn die Sonne scheint, wandeln grüne Blätter Kohlendioxyd und Wassermoleküle in Sauerstoff und komplexe Kohlenhydrate um. Ungeordnete kleine Moleküle, die einer hohen Entropie entsprechen, werden in geordnete große Moleküle, einen Zustand niedriger Entropie umgewandelt. Wiederum würde diese Entropie-Abnahme nie stattfinden, selbst wenn die gesamte Energie der Sonne zugeführt würde, wenn nicht eine komplizierte Fotosynthese-Maschine in den Chloroplasten des Blattes schon vorher existieren würde. Sie muss bereits das Programm und die Information für die zu erzeugende Ordnung enthalten, sobalb die Energie eingeschaltet wird. Es entsteht also auf diese Weise nichts Neues.

Folie 12

Eine andere Kategorie der Entropie-Verminderung durch Energieaustausch ist die Bildung von Kristallstrukturen, wenn Wärme aus einem offenen System ausgeführt wird. Wassermoleküle z.B. werden ihre ungeordneten zufälligen Bewegungen verlangsamen, wenn sie abgekühlt werden. Wegen der gerichteten interatomaren Kräfte zwischen den Molekülen werden sie bei einer bestimmten Temperatur zusammenbleiben und ein vollkommenes sechseckiges Kristall-Gitter bilden. Es ist für sie energetisch günstig, sich auf diese Weise zusammenzuschließen. Die Anhäufung vieler solcher Sechsecke läuft notwendig auf die Bildung eines Kristalls mit einer sechsfachen Symmetrie hinaus, wie wir es in den Schneeflocken beobachten können.

Wir können nun fragen: Ist es prinzipiell ausreichend, Energie zu exportieren, wenn wir solch eine komplexe Ordnung aus Unordnung erhalten wollen? Die Antwort ist: nein. Die Symmetrie der H2O-Moleküle und ihrer gerichteten interatomaren Kräfte muss bereits vorher bestehen. Andernfalls würde selbst der extremste Kühlungsprozess niemals eine geordnete Struktur liefern. Deshalb ist die Ordnungsinformation bereits vorhanden bevor der Prozess beginnt. Die sichtbare Kristallsymmetrie ist in den Molekülen vorprogrammiert. Sie gehen einfach in ihren Zustand der niedrigsten Energie über, ein Zustand, der durch die H2O-Geometrie vor-definiert ist. Es wird also keine nicht schon vorhandene Ordnung oder Information durch Kristallisation erzeugt.

Folie 13

Die letzte Kategorie der Ordnungsbildung durch Energieaustausch sind die sogenannten dissipativen Strukturen. Die Fotographie zeigt, was in einer Pfanne mit Öl geschieht, wenn sie über eine bestimmte Temperatur hinaus erhitzt wird. Charakteristische geordnete Zellen, die Bénard Zellen genannt werden, entstehen aus der unorgeordneten Flüssigkeit. Weitere solche Beispiele sind der Wirbelwind in einem Tornado, eine stehende Welle in einer Flöte oder oszillierende chemische Reaktionen. In allen Fällen wird Energie auf eine solche Weise verteilt, dass stabile geordnete Strukturen erscheinen. Wenn wir das Querschnittsbild der Bénard-Zelle betrachten, können wir das Phänomen erklären: Die Wärmee-Energie wird von unten zur kälteren Oberfläche oben über stabile Konvektionszyklen im Öl transportiert. Sie sind stabil, weil eine Zunahme ihrer Geschwindigkeit auf einen größeren Energietransport hinauslaufen würde. Die obere Oberfläche würde heißer werden. Das würde wiederum einen verringerten Temperaturunterschied zwischen den bedeuten Oberflächen bedeuten. Da dieser Temperaturunterschied die treibende Kraft für die Konvektion ist, würde diese sich wieder verlangsamen. Dann, jedoch, würde der Temperaturunterschied wieder zunehmen, und die Konvektion würde sich beschleunigen und so weiter. Mit anderen Worten: Jede Abweichung vom stabilen Zyklus läuft auf eine Kraft hinaus, die das System wieder zurück in den stabilen Zustand steuert. Das ist einfach ein Beispiel für eine Resonanz in einer Rückkopplungs-Schleife. Wir erreichen schließlich dieselbe Schlussfolgerung wie bei den anderen Beispielen: Es ist nicht genug, Energie einzuführen. Als eine Vorbedingung muss bereits ein Rückkopplungs-Mechanismus vorhanden sein, eine mechanische oder physikalische Anordnung, die schon die Information für die Ordnung enthält, die dann an einem bestimmten Punkt sichtbar werden wird. Auch hier entsteht keine neue Information.

Texte für die folgenden Folien

Folie 8

Diese Aussage von Lieb und Yngvason in der Zeitschrift "Physics Today" betont die wichtige Rolle, die der 2. Hauptsatz im Universum spielt: "Keine Ausnahme zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist jemals gefunden worden - nicht einmal eine winzige. Wie die Energieerhaltung (der "erste Hauptsatz"), muss die Existenz eines Gesetzes, das so genau und so unabhängig von den Modellen ist, ein logisches Fundament haben, das unabhängig von der Tatsache ist, dass Materie aus wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt ist."

Folie 9

Einige makroskopische Beispiele der Weisen, auf denen das Entropie-Gesetz unsere Welt lenkt, sind auf dieser Seite dargstelt: Alles bewegt sich von Ordnung in Richtung Unordnung, aber nicht umgekehrt. Eine Mischung von zwei Flüssigkeiten mit ähnlicher Dichte, aber verschiedenen Farben wird sich zu einer homogenen, ungeordneten Verteilung umwandeln. Der entgegengesetzte Vorgang, dass eine homogeneus Mischung sich selbst entmischt, ist durch den 2. Hauptsatz ausgeschlossen, weil das die Entropie vermindern würde. Der Endzustand wäre unwahrscheinlicher als der Ausgangszustand. Ebenso wird ein fester Körper wie ein Haus, durch den zufälligen Einfluss von Sonne, Wind und Regen, in eine Ruine umgestaltet werden. Es ist jedoch unmöglich, dass diese zufälligen Kräfte eine Ruine wieder reparieren.Schließlich illustriert der genetische Verfall einer biologischen Art aufgrund negativer Mutationen die Auswirkung thermodynamischer Kräfte: Ein Beispiel solch eines Informationsverlustes ist der blinde Fisch Astyanax, der in dunklen Höhlen lebt, wo Augen nicht notwendig sind. Von der Außenseite sind keine Teile von Augen sichtbar, obwohl innerhalb des Kopfs noch einige Fragmente beobachtet werden können. Deshalb können wir folgern, dass diese Art einmal völlig funktionsfähige Augen besaß. Eine Folge von Mikrovariationen führte zur Zerstörung dieser komplexen Organe. Das ist ein natürlicher Prozess der zunehmenden ENtropie. Das Gegenteil, dass eine lange Folge von kleinen genetischen Veränderungen und Selektion schließlich zum Aufbau eines völlig neuen Organs führt, ist ein ausgeschlossener Prozess, da sonst die Entropie abnehmen würde.

Häufig wird an dieser Stelle eingewandt, dass sich der zweite Hauptsatz nur auf isolierte Systeme bezieht. Unsere Biosphäre sowie jedes biologische Wesen sind jedoch offene Systeme. Das bedeutet, dass sie Matiere und insbesondere Energie mit der Umgebung austauschen können. Deshalb wird argumentiert, dass die Umwandlung von ungeordneten Molekülen in geordnete biologische Organe nicht durch die Thermodynamik unterbunden wäre. Um zu überprüfen, ob das wahr ist, wird nun im Detail untersucht, welche speziellen Klassen von Ordnung sich in einem offenen System bilden können, und ob biologische Ordnung ein Teil davon ist.

Folie 10

Dieses Folie illustriert, wie die Einfuhr von Energie in ein offenes System tatsächlich Ordnung erzeugen, d. h. die Entropie vermindern kann. Dennoch können wir daran und an den folgenden Beispielen sehen, dass solch eine Produktion einer sehr beschränkten Art von Ordnung nur möglich ist, wenn bestimmte Vorbedingungen erfüllt sind. Das linke Rechteck stellt ein Volumen von Luft dar, das ein kleineres Volumen innerhalb enthält. Die ganze Anordnung hat eine gleichmäßige Temperatur von 20 °C. Es ist ein Zustand der Unordnung, ein Zustand hoher Entropie. Wenn das kleinere Volumen der innere Raum eines Kühlschranks ist, dann wird die Einfuhr elektrischer Energie von außen die Luft innerhalb abkühlen, während sie die Luft außerhalb des Kühlschranks aufwärmen wird. Auf diese Weise wird eine Temperaturverteilung mit niedriger Entropie erzeugt: 4 °C im Kühlschrank und 25 °C im Zimmer. Ordnung ist anscheinend nur durch die Einfuhr von Energie ins offene System entstanden. Es ist jedoch nicht die Energie allein. Ohne den komplizierten mechanischen Aufbau des Kühlschranks hätte der Prozess niemals stattgefunden, auch nicht mit einer unbegrenzten Energieeinfuhr. Die Anwesenheit einer Ordnung erzeugenden Maschine ist unerlässliche Vorbedingung, einer Maschine, die bereits ein Programm enthält, um die ungerichtete Energie auf solche Art und Weise umzuwandeln, dass eine Verteilung mit niedrigerer Entropie resultiert. Deshalb erzeugt solch ein Prozess keine neue Information. Alle Information war bereits vorher in der Maschine enthalten.

Folie 11

Biologische Lebewesen sind weitere Beispiele von offenen Systemen, die Ordnung erzeugen können, wenn Energie zugeführt wird. Wenn die Sonne scheint, wandeln grüne Blätter Kohlendioxyd und Wassermoleküle in Sauerstoff und komplexe Kohlenhydrate um. Ungeordnete kleine Moleküle, die einer hohen Entropie entsprechen, werden in geordnete große Moleküle, einen Zustand niedriger Entropie umgewandelt. Wiederum würde diese Entropie-Abnahme nie stattfinden, selbst wenn die gesamte Energie der Sonne zugeführt würde, wenn nicht eine komplizierte Fotosynthese-Maschine in den Chloroplasten des Blattes schon vorher existieren würde. Sie muss bereits das Programm und die Information für die zu erzeugende Ordnung enthalten, sobalb die Energie eingeschaltet wird. Es entsteht also auf diese Weise nichts Neues.

Folie 12

Eine andere Kategorie der Entropie-Verminderung durch Energieaustausch ist die Bildung von Kristallstrukturen, wenn Wärme aus einem offenen System ausgeführt wird. Wassermoleküle z.B. werden ihre ungeordneten zufälligen Bewegungen verlangsamen, wenn sie abgekühlt werden. Wegen der gerichteten interatomaren Kräfte zwischen den Molekülen werden sie bei einer bestimmten Temperatur zusammenbleiben und ein vollkommenes sechseckiges Kristall-Gitter bilden. Es ist für sie energetisch günstig, sich auf diese Weise zusammenzuschließen. Die Anhäufung vieler solcher Sechsecke läuft notwendig auf die Bildung eines Kristalls mit einer sechsfachen Symmetrie hinaus, wie wir es in den Schneeflocken beobachten können.

Wir können nun fragen: Ist es prinzipiell ausreichend, Energie zu exportieren, wenn wir solch eine komplexe Ordnung aus Unordnung erhalten wollen? Die Antwort ist: nein. Die Symmetrie der H2O-Moleküle und ihrer gerichteten interatomaren Kräfte muss bereits vorher bestehen. Andernfalls würde selbst der extremste Kühlungsprozess niemals eine geordnete Struktur liefern. Deshalb ist die Ordnungsinformation bereits vorhanden bevor der Prozess beginnt. Die sichtbare Kristallsymmetrie ist in den Molekülen vorprogrammiert. Sie gehen einfach in ihren Zustand der niedrigsten Energie über, ein Zustand, der durch die H2O-Geometrie vor-definiert ist. Es wird also keine nicht schon vorhandene Ordnung oder Information durch Kristallisation erzeugt.

Folie 13

Die letzte Kategorie der Ordnungsbildung durch Energieaustausch sind die sogenannten dissipativen Strukturen. Die Fotographie zeigt, was in einer Pfanne mit Öl geschieht, wenn sie über eine bestimmte Temperatur hinaus erhitzt wird. Charakteristische geordnete Zellen, die Bénard Zellen genannt werden, entstehen aus der unorgeordneten Flüssigkeit. Weitere solche Beispiele sind der Wirbelwind in einem Tornado, eine stehende Welle in einer Flöte oder oszillierende chemische Reaktionen. In allen Fällen wird Energie auf eine solche Weise verteilt, dass stabile geordnete Strukturen erscheinen. Wenn wir das Querschnittsbild der Bénard-Zelle betrachten, können wir das Phänomen erklären: Die Wärmee-Energie wird von unten zur kälteren Oberfläche oben über stabile Konvektionszyklen im Öl transportiert. Sie sind stabil, weil eine Zunahme ihrer Geschwindigkeit auf einen größeren Energietransport hinauslaufen würde. Die obere Oberfläche würde heißer werden. Das würde wiederum einen verringerten Temperaturunterschied zwischen den bedeuten Oberflächen bedeuten. Da dieser Temperaturunterschied die treibende Kraft für die Konvektion ist, würde diese sich wieder verlangsamen. Dann, jedoch, würde der Temperaturunterschied wieder zunehmen, und die Konvektion würde sich beschleunigen und so weiter. Mit anderen Worten: Jede Abweichung vom stabilen Zyklus läuft auf eine Kraft hinaus, die das System wieder zurück in den stabilen Zustand steuert. Das ist einfach ein Beispiel für eine Resonanz in einer Rückkopplungs-Schleife. Wir erreichen schließlich dieselbe Schlussfolgerung wie bei den anderen Beispielen: Es ist nicht genug, Energie einzuführen. Als eine Vorbedingung muss bereits ein Rückkopplungs-Mechanismus vorhanden sein, eine mechanische oder physikalische Anordnung, die schon die Information für die Ordnung enthält, die dann an einem bestimmten Punkt sichtbar werden wird. Auch hier entsteht keine neue Information.

Folie 14

Im Gegensatz zu den Komplexitäts-Kategorien, die bisher diskutiert wurden, kann biologische Ordnung als spezifisch komplexe Ordnung beschrieben werden. Das bedeutet solch eine komplexe Ordnung wie die DNA oder ein Flügel, die eine spezifische funktionelle oder ästhetische Organisation darstellt. Der wichtige Unterschied ist, dass biologische Organe neue Information darstellen. Diese Ordnung ist nicht in einer ordnenden Maschine vorprogrammiert. Sie ist auch nicht in der Geometrie der zugrundeliegenden Moleküle vorprogrammiert, d. h. es ist für Moleküle nicht energetisch günstig, sich in Form eines Lebewesens anzuordnen. Schließlich ist sie auch nicht in einer Rückkopplungs-Schleife vorprogrammiert. Deshalb werden wir zu den folgenden Schlussfolgerungen geführt:

Folie 15

Das Gesetz der Thermodynamik fordert, dass sich materielle Ordnung immer in Richtung Unordnung und nie umgekehrt bewegt.In offenen Systemen erlaubt der Austausch von Energie bestimmte Kategorien außergewöhnlicher, beschränkter Ordnungsbildung, die manchmal "Selbstorganisation" genannt wird. Jedoch organisiert es sich nicht selbst. Sie erscheint nämlich nur, wenn die Strukturinformation vor dem Beginn des Prozesses schon organisiert worden ist.Solch eine Maschine, eine molekulare Struktur oder eine Rückkopplungs-Schleife, in der bereits vorher die Information für spezifisch komplexe Strukturen von biologischen Lebewesen organisiert ist, gibt es nicht. Die Hypothese der Evolution beinhaltet jedoch, dass sich ungeordnete Moleküle durch physikalische Prozesse schließlich in spezifisch komplexe Ordnung umwandeln. Deshalb gehört dieser theoretische Vorgang nicht zu den Ausnahmen der offenen Systeme. Er ist thermodynamisch ausgeschlossen.Das Ergebnis dieser Untersuchung lautet, dass die Evolutionstheorie im Widerspruch zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik steht, das die Grundlage der Natur darstellt. Deshalb gehört Evolution nicht zur Wirklichkeit.

Die Bausteine jeder Materie

Moleküle

Atome

Physikalische und chemische Umwandlungen

1. Hauptsatz der Thermodynamik: Energie-Erhaltung

2. Hauptsatz der Thermodynamik: Entropie-Zunahme

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik

Ein System von Teilchen bewegt sich zufällig (Brownsche Bewegung)

Permanente Änderung von Impuls und Richtung:

=> gleichmäßige Verteilung im Raum => gleichmäßige Verteilung der Impulse

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik

geordnete Verteilung derImpulse/Temperatur

=> geringe Wahrschein- lichkeit

ungeordnete Verteilung derImpulse/Temperatur

=> hohe Wahrscheinlichkeit

Zeit

Zei

t

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik

geordnete Verteilung im Raum

=> geringe Wahrschein- lichkeit

ungeordnete Verteilung im Raum

=> hohe Wahrscheinlichkeit

Zeit

Zei

t

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik

Die Entropie S – ein Maß für die Wahrscheinlichkeit P:

S = k·ln P

Der 2. Hauptsatz für jegliches isoliertes System von Materie:

“Ein System wird nie von selbst in einen bedeutend unwahrscheinlicheren Zustand übergehen, d.h. seine Entropie wird nie um mehr als einige k abnehmen.“

Grundlage der Natur und Zusammenfassung unserer Alltags-Erfahrung

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik

“Keine Ausnahme zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist jemals gefunden worden - nicht einmal eine winzige. Wie die Energieerhaltung (der “erste Hauptsatz"), muss die Existenz eines Gesetzes, das so genau und so unabhängig von den Modellen ist, ein logisches Fundament haben, das unabhängig von der Tatsache ist, dass Materie aus wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt ist.“

E. H. LIEB, J. YNGVASON, “Physics Today“, 53 (2000)

Entropie-Gesetz: Von Ordnung zu Unordnung

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Zeit

Zeit

Zeit

Zeit

nie

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time

Zeit

Zeit

Hoh

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ntro

pie

Die Ausnahmen der „offenen Systeme“

Energie-Austausch => Entropie-Abnahme ist möglich unter bestimmten Bedingungen!

Energie

25 °C

4 °C

20 °C

20 °C

hohe Entropie niedrige Entropie

Maschine

Die Ausnahmen der „offenen Systeme“

hoh

e E

ntro

pie

Lebewesen sind offene Systeme

nie

drig

e E

ntro

pie

Vorbedingung: eine Photosynthese-Maschine existiert

Die Ausnahmen der „offenen Systeme“

Vorbedingung: symmetrische molekulare Wechselwirkungskräfte

Abkühlen führt zu geordneten Kristallen

Die Ausnahmen der „offenen Systeme“

Vorbedingung: Rückkopplungs-Schleife existiert

Dissipative Strukturen

z.B. Bénard-Zellen:

(weitere Beispiele:Wirbel in Tornado, stehende Welle in Flöte, oszillierendechemische Reaktionen)

Erklärung:Stabile Konvektions-Zyklen sind eineResonanz in einerRückkopplungs-Schleife.

Geschwindigkeit nimmt zu=> T-Unterschied nimmt ab=> Geschwindigkeit nimmt ab=> T-Unterschied nimmt zu=> Geschwindigkeit nimmt zu

usw...

Biologische Ordnung

Biologische Organe – eine andere Kategorie: spezifische, funktionale und ästhetische Komplexität, die neuartige Information darstellt:

- nicht in einer ordnenden Maschine vorprogrammiert

- nicht in den zugrundeliegenden Molekülen vorprogrammiert, d.h. nicht energetisch günstig

- nicht in einer Rückkopplungs-Schleife vorprogrammiert

Ergebnis● Thermodynamik: Ordnung geht in Unordnung über, nicht umgekehrt

● Offene Systeme: Ordnungsbildung („Selbst-Organisation“) ist möglich - nur falls die Struktur-Information bereits existiert.

● Eine Maschine, eine molekulare Stuktur oder eine Rückkopplungs- Schleife, mit bereits existierender Information für spezifische Komplexität (Biologie) gibt es nicht.

● Evolutions-Modell: “Ungeordnete Moleküle wandeln sich durch physikalische Prozesse (Mutation und Selektion) in spezifische Komplexität um. => gehört nicht zu den Ausnahmen der offenen Systeme

Schlussfolgerung: Die Evolutionstheorie steht im Widerspruch zu den Naturgesetzen.