Szemelvények Baumann Miklós:

Keletkezés vagy Teremtés? című könyvéből

A szerző vegyészmérnök és a biofizika professzora

 

Tartalom:

1. Röviden az entrópiáról

1.1. A lényeg most a következő

1.2. Szerkesztői megjegyzések 1.

2. Az életkeletkezés fizikai modelljei

2.1. A negatív entrópia

2.2. Prigogine modellje

2.3. A kérdés megvilágítására néhány példa Prigogine-tól

2.4. A „Bénard instabilitás”

2.5. Szerkesztői megjegyzések 2.

3. Ilya Prigogine és Stanley Miller életének összehasonlítása

4. Baumann Miklós könyvének irodalomjegyzéke

 

 

Röviden az entrópiáról

 

Az életről beszélni tudományos igénnyel csak az entrópia figyelembevételével lehet.¹ Annak ellenére, hogy ez ma már az ismertebb fizikai fogalmak közé tartozik, köszönhetően nem utolsó sorban a számos ismeretterjesztő műnek. Mégis, a nem természettudományosan képzett olvasó számára jelenthet bizonytalan területet. Ezért röviden rávilágítunk az entrópia fogalmára, éspedig, mellőzve a matematikai fogalomkezelést, egy mindenki számára használható alakban, példával élve. Ezt az is indokolja, hogy az entrópia fogalma ma már igen széles körben nyer alkalmazást, távol a kezdettől, amint azt elsőként Clausius fogalmazta meg 1867-ben. Eszerint az entrópiát az alábbi, nagyon egyszerű képlet határozza meg: dS = dQ/T és ennek jelentése teljesen szűk termodinamikai, ezért nem is foglalkozunk vele.²

Az entrópia elnevezés is Clausiustól származik, és ő ezzel a szóval, amely a görög entropé szóból származik a rendszernek azt a sajátosságát jelöli, hogy ez magára hagyva, őslényege, szilárd egyensúlya felé halad. Tehát, legszélesebb értelmében egy rendszer állandóságát jelenti. Amint a kiindulási képletből kitűnik, az entrópia mennyiség jellegű fogalom (termodinamikai állapotjelző), tehát mennyiségileg meghatározható. Röviden: minél állandóbb egy rendszer adott állapota, annál nagyobb az entrópiája.

 

Mindezeket egy példával megvilágítandó, a matematikai alapú természettudományok szóhasználatával élve: Vegyünk egy falat a falak halmazából, egy szeget a szegek halmazából és egy képet (festményt) a képek halmazából. Ez azt jelenti, hogy az elemeket teljesen meghatározatlanul tartalmazó halmazokból most kiválasztunk egy-egy bizonyos, meghatározott elemet. Ez tehát a véletlenszerűségtől való eltérés első lényeges lépése.

 

A második lépés a kép pontos helyének megválasztása és itt a szeg beverése, majd a kép felakasztása. Ebben a lépésben fontos, hogy a képet a falnak nem bármilyen, mérlegelés nélkül adódott helyén akasszuk fel, mert az ilyen módon történő szegbeverés számára a fal teljes felülete egyenértékű pontokból áll. Ha viszont tekintetbe vesszük a képnek más képekhez való viszonyát, a fal megvilágítását, stb., akkor a hely kiválasztása újabb megszorítást, a véletlentől történő további eltávolodást jelenti.

 

Amikor tehát a képet felakasztottuk, akkor a fal-szeg-kép együttes már rendszert alkot, amelyek létrehozása energiákat igényelt. Ilyen a szeg beverésének és a kép felakasztásának mechanikus munkája, de a hely kiválasztása is energiát igényelt, amelyet az agy használt fel. Ez utóbbi is kifejezhető energiában, csak az agy energiafelhasználásának mérőmódszerét és eszközét kell megszerkeszteni. Ez csak a gyakorlatban jelent igen nagy nehézséget, elvileg viszont nincs akadálya. Ilyen módon a mechanikus munkával megegyező egységekben is kifejezhető, és ez által a teljes energiafelhasználást meghatározó eredményre juthatunk.

 

A lényeg most a következő:

Amikor fal-szeg-kép együttes teljesen rendezetlen, véletlenszerű állapotból átmegy a rendezett rendszer-állapotába, a rendszerbe „beépített” energia is annak részévé válik, és a rendszer ezáltal – amint ezt látni fogjuk – a kezdetinél bizonytalanabb állapotba jutott. Hiába tűnik a felakasztott kép helyzete ugyanolyan biztos, környezetével egyensúlyban lévő, végleges állapotnak, mint amilyen volt kezdetben, felakasztás előtt.

 

Ennek megvilágítására tegyük fel, hogy a fal nem elég tömör, és a kép súlyától, egy idő múlva, a szeg kifordul a falból és a kép leesik. Akár össze is törik. Tehát a gravitációs erőtér, amelynek hatásával szemben történt meg a kép felemelése és felakasztása, elpusztítja a magára hagyott rendszer, és annak részeit előző állapotukba juttatja vissza. Eközben viszont, az összes befektetett energia elvész. Mind a mechanikus, mind az agyi. Sőt, ha a kép eltörik, akkor az ennek megalkotásához felhasznált energiák is.

Nos, helyben vagyunk, az entrópiánál: A rendszernek azt a sajátságát, tehát, hogy teljes nyugalomban és mozdulatlanságban van minden eleme, híján mindent felhasználható energiának, nevezzük entrópiának.

Ha a rendszerrel energiát közlünk, és ez által megváltoztatjuk állapotát, akkor a rendszer bizonytalanabb állapotba kerül, azt mondjuk, hogy az entrópiája csökkent.

Itt meg kell említenünk az entrópia egy nagyon lényeges sajátosságát: Amikor azt mondjuk, hogy a kép leesésével az előző rendszer elemei kezdeti (nagyobb entrópiájú) állapotukba jutottak vissza, azt is mondjuk, hogy az időközben befektetett energiák elvesztek. De mert az energia megmaradásnak értelmében ez lehetetlen, pontosabbá kell tennünk ezt a kijelentést. Azt kell mondanunk, hogy az energiák „alacsonyabb szintű” alakba, hangba, hőbe mennek át és tovább már nem használhatóak fel hasznosan. A hasznosságnak ez a csökkenése viszont entrópia-növekedésként jelenik meg. Fontos: Bármilyen eseményt tekintünk, amelyben energiaforgalom történik, az entrópia mindig növekszik. Így pl., ha egy anyagi rendszer energiafotont abszorbeál, akkor saját entrópiája csökken. A sugárzó energia entrópia-csökkentő sajátosságú. De az így keletkezett entrópia-csökkenés kisebb, mint annak a folyamatnak entrópia-növekedése, amely a fotont létrehozta.³

9.4 Röviden az entrópiáról 140-143 o.

 

 

Szerkesztői megjegyzések 1.

 

1. Példa az entrópiára: Egy kitört ablaküveg önmagától soha nem rendeződik vissza az eredeti (összetörés előtti, hibátlan) állapotába.

Az entrópia lényege: a Világegyetem a szétesés, leépülés irányába tart. A magára hagyott ház az idő múlásával romhalmazzá válik.

Példa az evolúcióra: előbb egyszerűbb szervezetek, lények, formák, szerkezeteket, stb., jelennek meg, amik az idő múlásával rendkívül bonyolultakká válnak.

Az evolúció lényege: a szervezetek, lények, stb. a felépülés irányába tart.

„Legegyszerűbb megfogalmazásban az entrópiát „az idő nyílvesszőjének” nevezik, és az idő nyílvesszője mindig lefelé száll. Tehát az idő múlásával minden elromlik, felbomlik vagy elpusztul. Mármost az ősrobbanás elmélet azt állítja, hogy az univerzumban a fejlődés, a növekvő rend és a komplexitás folyamata uralkodik – az idő múlásával a dolgok jobbá válnak. Mi feltehetően egyetlen sejtként kezdtük, ma pedig komplex emberi lények vagyunk. Az evolúcióban az idő nyila felfelé mutat, ami teljes mértékben ellentmond a második főtételnek!

Ezt a problémát számos evolucionista is elismeri. Jeremy Rifkin például így vélekedik „Entropy: A New World View” Viking Press, New York, 1980. 55. p. Entrópia: egy új világnézet című könyvében: „Azt hisszük, hogy az evolúció valamilyen csodálatos módon egyre nagyobb összértéket és rendet hoz létre a földön. Most, hogy környezetünk puszta szemmel is látható módon válik szétesővé és rendezetlenné, talán első alkalommal kezdünk kételkedni az evolúcióról, a haladásról és az anyagi értékeket képviselő dolgok keletkezéséről alkotott elképzeléseinkben.

… Az evolúció a rend egyre nagyobb szigeteinek keletkezését jelenti a rendezetlenség egyre nagyobb tengereinek rovására. Nincs olyan biológus vagy fizikus, aki tagadná ezt az alapvető igazságot. Mégis, ki hajlandó felállni és beismerni ezt egy osztályteremben vagy a nyilvánosság előtt?” Farid Abou-Rahme, Azt mondta Isten…, Hárfa Evangéliumi Kiadó, 2003 42-43. o.

Mivel az entrópia és az evolúció pontos ellentétei egymásnak, ezért az evolúció feltételezés egyik alapkérdése: kémiai és biológiai folyamatokban, hogyan győzi le az anyag, szervezet, stb. a mindenre kiható entrópiát?

 

2. Clausius eredeti megfogalmazásában a termodinamika II. főtétele:

„A hő soha nem megy magától a hidegebb helyről a melegebb helyre”, azaz magától a hőmérséklet különbség sohasem nő, mindig csökken. Forrás: http://www.kfki.hu/elftterm/kelvin.html 2015. július 14-i állapot

 

3. Élettelenből élővé válást senki nem figyelt meg, az ellenkezőjét viszont nap-mint-nap látjuk. Rendkívül érdekes filozófiai és biokémiai kérdés, hogy a halál beálltának pillanatában mi történik, hiszen a sejtek, azon belül az enzimek, fehérjék még ugyanott vannak változatlanul, mégis az élettelenre jellemző entrópia-növekedés kezdődik el, az élőre jellemző entrópia csökkentő folyamatokkal szemben.

 

Újabb idézet Baumann Miklós:

Keletkezés vagy Teremtés? című könyvéből

A szerző vegyészmérnök és a biofizika professzora

 

2.2.1. Az életkeletkezés fizikai modelljei

 

Miután az átcsapás-törvény nem adott magyarázatot az élet önindítású (spontán) keletkezésére, a következőkben az anyag és az energia közötti kölcsönhatások lehetőségeit tekintjük át.

 

2.2.1.1. A negatív entrópia

 

Az élő rendszerekre, azok egészére vonatkozó fizikai megfogalmazásra Schrödinger (21) klasszikus munkája jelenti az első kísérletet. Schrödinger megállapítja, hogy az élő rendszerek entrópia-tartalma állandóan kisebb, mint a környezetüké. Ennek magyarázatára bevezetett egy új fogalmat, egy új fizikai változót, az ektrópiát, azaz negatív entrópiát, amely az élő rendszerekben működik. Eszerint az élők, táplálkozásuk során, környezetükből állandóan negatív entrópiát vesznek fel. De ezt a negatív entrópiát, amit maga Schrödinger is „kényelmetlen tényező”-nek mondott, nem sikerült megtalálni, sem leírni, mint valós fizikai változót. Viszont tényként áll fenn, hogy az élő rendszerek entrópiája valóban mindig kisebb, mint a környezetüké. Az ilyen sajátosságú rendszerek tézisjellegű meghatározása

 

3. tézis:

Okszerűen kell létrejönnie, olyan környezeten belül elkülönült, de nyitott rendszernek, amelyen belül a felvett, nagy szabadenergiájú anyagok között reakciók játszódnak le, és az így keletkező, nagyobb entrópiájú reakciótermékeket a rendszer kilöki a környezetébe, miközben magának a rendszernek entrópia-tartalma állandóan, szignifikánsan kisebb marad, mint a környezet entrópiája.

 

 

2.2.1.2. Prigogine modellje

 

Újabban I. Prigogine foglalkozott behatóan az élet fizikájával, kémiai fizikával (22,23).

Munkájának⁴ lényege:

Az egyensúlyitól távoli helyzetben lévő rendszerek termodinamikáját dolgozta ki. Ennek eredményeit alkalmazta az élő rendszerekre, azzal a remélt eredménnyel, hogy: „Kísértésben vagyunk, hogy azt mondjuk: Ha egyszer teljesülnek az önszerveződés feltételei, az élet ugyanúgy megjósolható lesz, mint a Bénard instabilitás, vagy a hulló kő.”(24)

 

Munkájának alaptényezői:

a./ Egyensúlyi helyzettől távollévő rendszerek

b./ Disszipációs rendszerek

c./ Fluktuáció

d./ Önszerveződés

Ezek tézisjellegű megfogalmazását adhatjuk saját megfogalmazásunkban a következők szerint:

 

4. tézis:

Egyensúlytól távollévő rendszerek azok, amelyek a termodinamikai egyensúlytól vannak távol.

Disszipáció, az a folyamat, amelynek során egy elkülönült, de nyitott rendszer a benne végbemenő folyamatokból keletkező entrópiát környezetébe távolítja el. Viszont, entrópia önmagában nem létezik, mert ez valamilyen anyagi szerkezet, vagy folyamat jellemzője. Csak, mint matematikai tényező létezik önállóan.

Fluktuáció, az a folyamat, amely az egyensúlyi helyzetbe jutott rendszerben, olyan módon játszódik le, hogy a rendszer kisebb elmozdulásokat végez egyensúlyi helyzete körül.

Önszerveződés, az a folyamat, amelynek során valamilyen rendszer elemei közötti mikroszkopikus folyamatok olyan módon rendeződnek, hogy annak következtében meghatározott makroszkopikus rendezettség keletkezik a rendszerben.

A következőkben megkíséreljük mindezeket közelebbről megvilágítani.

 

Egyensúlytól távollévő rendszerek:

A termodinamikaitól távoli rendszerekre számos példa szolgál: Minden rendszer, amelybe folyamatosan érkezik, vagy amelyből folyamatosan távozik anyag, vagy energia, egyensúlyitól távoli rendszer. Prigogine néhány megjegyzése ehhez:

„Egy, az egyensúlyi helyzettől távoli rendszer leírható úgy, hogy nem azért szerveződik, hogy kívülálló tervet valósítson meg elemi tevékenységében, vagy hogy ezt átvigye, hanem ellenkezően, azért, mert a „megfelelő pillanatban” bekövetkező mikroszkopikus fluktuáció egy bizonyos reakcióútnak ad elsőbbséget egy sor, ugyanolyan valószínűségű folyamattal szemben.” (25)

„Visszatérünk egyik fő következtetésünkhöz: Az összes szinten, legyen ez a makroszkopikus fizika szintje, a fluktuációk szintje, vagy a mikroszkopikus szint, az egyensúlytalanság a rend forrása. Az egyensúlytalanság „rendet hoz a káoszból.” De, amint említettünk, a rend (vagy zavar)* fogalma összetettebb, mint gondoltuk. Kevés esetben van csak olyan egyszerű jelentése, mint a híg gázok esetében, egyezésben Boltzmann úttörő munkájával.” (26)

 

A disszipatív rendszerekhez:

A disszipatív rendszerek a szabadenergia-áramlásból erednek, ha a rendszerben nem-egyensúlyi helyzetek uralkodnak. Ennek eredményeképpen:

„Teljesen valószerű, ha azt várjuk, hogy az életelőtti állapotban a disszipatív szerkezetek előfordulása képessé tegye a rendszert, hogy elérje és megtartsa az egyensúlyitól távoli körülményeket, amelyek szükségesek bizonyos kulcsreakciókhoz, amelyek további fejlődést engednek meg.” (27)

„Egyensúlyi távoli körülmények között kaphatunk átalakulást a nem-rendből, a hő-káoszból a rendbe. Az anyagnak új dinamikusállapotai jöhetnek létre, állapotok, amelyek tükrözik a rendszer kölcsönhatásait környezetével. Ezeket az új szerkezeteket nevezzük disszipatív szerkezeteknek, annak hangsúlyozására, hogy a szétszóró folyamatok szerepe konstruktív a kialakulásukban.” (28)

 

A fluktuációhoz:

„Bármilyen rendszer sajátos kifejeződése, végül ez olyan mikroszkopikus állapothoz vezet, amely megfelel a makroszkopikus „zavar” állapotnak és a maximális szimmetriának, minthogy ezek a makroszkopikus állapotok megfelelnek a lehetséges mikroszkopikus állapotok túlnyomó többségének. Ennek az állapotnak az elérése után a rendszer csak kis elmozdulásokat végez ettől az állapottól, térben és időben. Más szóval, a rendszer csak fluktuál az attraktor állapot körül.” (29)

 

Valahányszor elágazódáshoz érkezünk, a determinisztikus leírás csődöt mond. A rendszerben jelenlévő fluktuáció vezet ahhoz az ághoz, amely folytatódik. Elágazáson át történő továbbhaladás sztochasztikus folyamat, mint egy érmefeldobás. A kémiai káosz egy másik példa. Itt nem követhetünk egyedi pályát. Nem tudjuk megjósolni az időbeni kifejlet részleteit. Ismét, csak statisztikus leírás lehetséges. Instabilitása tekinthető egy valamilyen fluktuáció eredményének, amely kezdetben a rendszer kis területére helyezkedik, majd szétoszlik, és új makroszkopikus állapothoz vezet.” (30)

 

Az önszerveződéshez:

Prigogine összefüggésbe állítja mindezeket a tényezőket: A természetes folyamatok mind a növekvő entrópia irányába mennek. De nem feltétlenül a rendezetlenségbe a rendezettségből. Leírhatók elkülönült rendszerek, amelyek rendezett szerkezete megmarad, mert a bennük reakciók által termelt entrópia kilökődik a környezetbe. Ezek, amint említettük, a disszipatív rendszerek. Keletkezésüket Prigogine úgy magyarázza, hogy ezeket a rendszer fluktuációja hozza létre a kaotikus állapotból.

Meg kell jegyeznünk, hogy Prigogine itt nem tesz különbséget rendezettség és káosz között. A ma használatos megkülönböztetés szerint a kaotikus rendszernek attraktora van, a rendezetlen rendszernek nincs.

 

A kérdés megvilágítására néhány példa Prigogine-tól:

 

Prigogine az önszervező és disszipatív rendszerek fontos példájaként említi a Bénard cellákat. Ezért ezzel valamivel részletesebben foglalkozunk.

„A „Bénard instabilitás” egy másik, pregnáns példája annak, amikor egy stacionáris helyzet a spontán önszerveződés jelenségébe megy át. Az instabilitás a függőleges hőmérséklet-gradienstől ered, amely egy vízszintes folyadékrétegben épül fel. Ez utóbbinak az alsó rétegét nagyobb hőmérsékletre melegítik fel, mint a felső réteg hőmérséklete. Ezeknek a határfelületeknek eredményeképpen állandó hőáramlás épül fel, amely a fenékről a felszínre halad. Amikor az áramlás elér egy meghatározott küszöbértéket, a folyadék nyugalmi állapota – a stacionáris állapot, amelyben a hőátadás kizárólag vezetéssel történik, konvekció nélkül – instabillá válik. A konvekció megfelel a molekula-együttesek koherens mozgásának, és fokozza a hőátadást. Ezért a hőmérséklet-áramlás adott értékén a rendszer entrópia-termelése növekszik; ez ellentétes a minimális entrópia-termelés elvével.

A „Bénard instabilitás látványos jelenség. Az aktuálisan keltett konvekciós mozgás a rendszer komplex térbeli szerveződéséből áll. Molekulák milliói mozognak koherensen, hexagonális konvekciós cellákat alakítva, jellegzetes mérettel.” (31)

 

Prigogine-nak az előző bekezdésben említett szövegében találjuk a „minimális entrópia-termelés elve” kifejezést. Ez a meghatározás Onsagertől származik. Ő 1931-ben elsőként foglalkozott a nem-egyensúlyi termodinamikai rendszerekkel. Mellőzve a pontos és részletes matematikai tárgyalásmód idézetét, szavakkal fogalmazva ezt röviden a következők szerint írhatjuk le: Az egyensúlyhoz közeli, de nem egyensúlyban lévő rendszerekben – tehát a „lineáris szakaszban” – fellép egy termodinamikai potenciál, az entrópia-termelés.

Az egyensúlyi rendszerekben az egyensúly elérésekor termodinamikai potenciálok szélső értékei állnak be. Pl. az entrópia maximális, a szabadenergia minimális értéke. Az egyensúlyihoz közeli, de nem egyensúlyi rendszerek is stacionáris állapothoz közelednek. Ilyen állapotban például a rendszer két pontja között a hőmérsékletkülönbség állandó. Egy ilyen állapotban lévő rendszer az említett potenciál, az entrópia-termelés minimuma jellemzi. Ebből következik, hogy az entrópia-termelés időtől függetlenné válik, tehát ennek időfüggő tagja zérus lesz. További következmény, hogy a rendszerben keletkező entrópiának ki kell lépnie a környezetbe, tehát a rendszer entrópiaszóró – disszipatív – sajátosságúvá válik.

 

 

Ez az önszervezésre felhozott példa, a „Bénard instabilitás” példája vitatható.

 

A mozaikszerűen felépülő áramlás nem szerveződés, szó sincs a molekulák közötti „kommunikálás”-ról, hanem az nem más, mint a rendszer adott körülmények közötti, legvalószínűbb, szükségszerű, mechanikus megvalósulása. A melegítés következtében meginduló, felfelé irányuló konvekciós áramlás szükségszerű ellentettje a lefelé-áramlás. Ennek legegyszerűbb alakja egy, a teljes folyadékmennyiségre kiterjedő, egységes „áramlási szolenoid”, egyetlen középtengellyel. Ha a paraméterviszonyok ezt nem teszik lehetővé, akkor a szolenoid feltöredezik több, kisebb méretű szolenoidra. Ezek legvalószínűbb elrendezése a teljesen azonos méretű, hatszöges áramlási oszlopok kialakulása: Bár a felszín/kerület optimuma, tehát az önmagában legvalószínűbb alakzat a kör-keresztmetszetű henger, de az áramlási hengerek között s–keresztmetszetű folyadékoszlopok maradnak, amelyek stabilitása rendkívül csekély. Ezért a körhöz legközelebb álló és a teret hézagmentesen kitöltő alak, a hatszöges hasábok együttese valósul meg. Mindegyik hatszögű oszlop egy-egy áramlási szolenoid, azonos nagyságú fel- és leáramlási térfogatokkal.

Mindez – természetesen – a lamináris áramlási tartományban történik így.

 

Tovább idézve Prigogine-t:

 

„A klasszikus termodinamika olyan fogalmakhoz vezet, mint az „egyensúlyi szerkezetek”, amilyenek a kristályok. A Bénard cellák is szerkezetek, de egészen más természetűek. Azért vezettük be a „disszipatív szerkezetek” megjelölést, hogy hangsúlyozzuk azt, az első pillantásra paradox, de szoros társulást, amely ilyen helyzetekben egyrészről a szerkezet és rend között jön létre, más részről a disszipáció és a veszteség között. A IV. fejezetben láttuk, hogy a hőátadás megállapíthatóan a veszteség forrása, a klasszikus termodinamikában. A Bénard cellákban ez a rend forrásává válik. A rendszer kölcsönhatása a környezettel, beágyazódása az egyensúlyitól távoli körülményekbe ilyen formákban kiinduló pontjává válhat az anyag új dinamikus állapotának – a disszapatív szerkezetnek. A disszapatív szerkezetek aktuális szupramolekuláris szervezettség egy alakjának felel meg. Amíg a kristályszerkezetet leíró paraméterek leszármaztathatók azoknak a molekuláknak a sajátosságaiból, amelyek alkotják, és részben a vonzó és taszító erők sprából, addig a Bénard cellák, amiként minden disszapatív szerkezet, annak a globális nem-egyensúlyi helyzetnek a visszatükröződései, amelyek ezeket létrehozták.”

 

Tény viszont, hogy a Bénard cellák szerkezete is molekuláris viszonyokat tükröz. A cm-es nagyságrendű alakok megjelenése sem mond ennek ellen, mert a kristálylapok is gyakran esnek ebbe a mérettartományba. De amíg a kristályok alakja és méretei kizárólag anyaguk benső sajátosságaiból ered, – hacsak külső, zavaró körülmények nem lépnek közbe, – addig a Bénard cellák eleve, külső meghatározó körülmények hatására, csak valamilyen szilárd edényben, szűk peremfeltételek között jönnek létre, – de csak akkor, ha ezt a folyadék intermolekuláris erői olyanként határozzák meg. A cellák disszipatiov sajátossága kimerül az adott hőmérsékleten felvett hőnek, kisebb hőmérsékleten, a környezetbe történő átadásában. Csakúgy mint bármelyik gép esetében, és nem távozik el a rendszerből semmilyen termék, amelynek nagyobb entrópiája ellensúlyozná a visszamaradó rendszer változatlan, vagy éppen csökkenő entrópiáját. Ami viszont az élő rendszerek esetében el nem maradó sajátság. Ezen kívül pedig, a Bénard cellák nem fejleszthetők tovább, ami pedig Prigogine szerint is szükséges előfeltétel (27).

 

Prigogine számos „önszervező” rendszert vett vizsgálat alá.

 

Azt találta, hogy ezek kémiai oszcillációhoz, vagy térbeli szerkezethez vezettek. Számunkra az lényeges, hogy mindezek a rendszerek egyszeri esetek és az eddigi vizsgálatok során nem adódott egyetlen eset sem, amelyik tovább lett volna fejleszthető, „magasabb szintre”. Prigogine pontosan leírja azoknak a folyamatoknak a kémizmusát és termodinamikáját, amelyeket az élő rendszerekben találunk. Az egyensúlyitól távollévő rendszerekben keletkező önszerveződéseket és az ezeket létrehozó pozitív visszacsatolásokat. A továbbiakban leszűkíti ezeket kiválasztott enzimrendszerekre, a sejtektől függetlenítve ezeket, ami azt sugallja, hogy ezek a folyamatok létrejönnek „in vitro” körülmények között is. De nem említ fel, példát szintetikus enzimekből álló, az élő rendszerektől független rendszerekre.

 

Ne hagyjuk figyelmen kívül, hogy az „önszervező rendszerek” esetében – amilyenek a Bénard cellák, a Belousov-Zabotinsky reakciók és az ezekkel összefüggő „Brussellator” – hogy ezek mindegyike egyrészt:

egyetlen folyamatú rendszert alkot, másrészt:

makroszkópos méretű.

 

Ezzel szemben az élő rendszerek esetében, a legegyszerűbb esetekben is, az igen kicsiny, többnyire 103µm3 térfogatú sejtekben, többezer féle folyamat zajlik, teljesen összehangoltan. És a sejten belüli összehangoltságon túl, olyanokat is találunk, amelyek a szervezet egészére hatnak ki. Pl. a hormontermelő sejtek termelési intenzitását a szervezet egészéből érkező „információk” határozzák meg. Ez, az élő rendszerek és a modellrendszerek között fennálló különbség elméletileg is aligha hidalható át.

Zavarja a kép világosságát az is, hogy a „rend” és a „zavar” (order és disorder) fogalamk használata az irodalomban esetenként átfedi a „rendezett” és „rendezetlen” (ordered és chaotic) fogalmakat és alapvetően ismertekként kezelik ezeket. Ennek a lazaságnak észlelése tűnik ki Prigogine egy mondatából is, amikor azt írja, hogy „a rend (vagy zavar) fogalma sokkal bonyolultabb, mintsem gondoltuk”. (32)

 

Amint az előzőekben láttuk Prigogine mindezekhez példákat ad, a felemlítetteken kívül, még többet is. De azok esetei sem egyenként, sem összetett alakban nem érik el azt a szintet, amelyet csak az élő rendszerek tudnak felmutatni. Ilyen, Prigogine által felhozott példák az élő rendszerekre:

 

„Az élő sejt élénk anyagcsere-tevékenységet mutat. Kémiai reakciók ezrei játszódnak le egyidejűleg, a sejt által felvett anyagok átalakulásában, a „biomolekulákat” szintétizálva, és a hulladékot kiküszöbölve. A különféle reakciók sebességét és a sejtbeni helyét tekintve, ez a kémiai tevékenység magas fokon koordinált. A biológiai szerkezet összeteszi a rendet és az aktivitást. Ezzel szemben az egyensúlyi helyzet változatlan marad, amint pl. a kristály.” (33)

 

„Az egyensúlyi feltételektől távol, az a valószínűség-elv, amely megfelel Boltzmann rend-elvének, tovább nem érvényes, mert a kérdéses, megfigyelt rendszer nem felel meg a maximális komplexion-számnak.”

(A komplexion a P = N!/ N1!*N2! alakú kifejezés jobb oldalának tényezői, amelyek a rendszer összes elemének /N/ / N1,N2/ számaival megadják a rendszer létezési valószínűségét /P/.)

 

„De nem viszonyítható a szabadenergia minimumához sem: F=E*TS. A kiegyenlítődés és a kezdeti feltételek elfelejtése itt nem általános sajátság. Ebben az összefüggésben az élet keletkezésének ősrégi kérdése új perspektívában tűnik fel. Biztos, hogy az élet nem kompatibilis Boltzmann rend-elvével, de olyan magatartással sem, amely az egyensúlyitól távoli feltételek mellett áll fenn.” (34)

 

„Az irreverzibilis folyamatok fizikájának szövedékében a biológia eredményei nyilvánvalóan más jelentőséggel bírnak, és más alkalmazással. Ma már tudjuk, hogy mind a bioszféra egésze, mind ennek részei, élve vagy élettelenül az egyensúlyitól távoli állapotban léteznek.”

 

Itt meg kell annyit jegyeznünk, hogy a volt élő, de elhal rendszerek monoton haladnak a környezetükkel való egyensúly felé és ez a folyamat az elhalás pillanatában elkezdődik.

 

Prigogine következő mondata tartalmát és alakját tekintve tézis jellegű: 5. tézis:

„Az élet ebben az összefüggésben, távol attól, hogy a természetes renden kívül lenne, a létező önszervező folyamatok legfelsőbb kifejezése.” (35.)

 

 

A felvetett kérdést egyébként Prigogine sem látja megoldottnak, ellenkezően5, ezt írja: „Természetesen, hogy az élet keletkezése továbbra is nehéz kérdés marad, és nem gondoljuk, hogy hamarosan találunk egyszerű megoldást.” (36)

 

Mindezek mellett térjünk vissza, ahhoz a Schrödingertől származó kiindulási kijelentéshez, amely szerint az élő rendszerek anyagának összetétele olyan, hogy annak entrópia-tartalma állandóan kisebb, mint a környezetéé, mert a benne fokozatosan keletkező nagyentrópiájú anyagokat kilöki a környezetébe.

Ez feltételezi a rendszer olyan sajátosságát, amely a molekulákat entrópia-tartalmuk szerint választja szét. Ilyen természeti törvény pedig nem létezik.

2.2.1. Az életkeletkezés fizikai modelljei 32-43.o.

 

 

Szerkesztői megjegyzések 2.

 

4. Prigogine Ilya, kémikus.

1977-ben kémiai Nobel-díjat kapott, az irreverzibilis termodinamika és a disszipatív struktúrák kutatásában elért eredményeiért. Prigogine több évtizedet fektetett az „önszervező anyag” tanulmányozására. Két könyvet írt: A létezéstől a valamivé válásig, valamint Isabelle Stengers-szel közösen: Rend a káoszból.

Prigogine szerint nem a Darwin által javasolt génmutációké a főszerep az evolúcióban, hanem az anyag „önszerveződése” a lényeg. Ha sikerül ezt bizonyítania az evolúció feltételezés útjából elhárul egy sokak által legyőzhetetlennek tartott akadály. Mivel az „önszerveződő rendszerek” ennyire fontosak az evolúció számára, Prigogine és munkatársai szenvedélyesen keresték az ateista megoldást erre a problémára. Prigogine:

 

a) „Léteznek olyan kérdések, melyek több mint száz éve érdekelnek minket. Hogyan lehet megmagyarázni az élővilág evolúcióját, melyben a termodinamika szerint állandóan növekvő rendetlenség uralkodik?”

 

b) „A káoszelmélet és az élő sejtek tanulmányozása során a biológiai rendezettséggel szembesülünk, mely az evolúcióelmélet számára nagy problémát jelent.”

 

c) „Ha a biológiai rendszerekben olyan folyamatokat fedeznénk fel, melyek messze vannak az egyensúlyi állapottól, a kutatásaink révén még akkor sem kerülnénk közelebb a legegyszerűbb szervezetek hihetetlen bonyolultságának megértéséhez.”

 

5. G. Nicolis Prigogine és munkatársai minden arra irányuló erőfeszítése ellenére, hogy találjanak véletlenszerű folyamatok által irányított automatikus szerveződéseket az élőlényekben, arra az eredményre jutottak, hogy tartós rend soha nem érhető el, mert nem áll rendelkezésre új információ.  Miután amellett érvel, hogy előfordulhatnak véletlenszerű folyamatok által előidézett automatikus szerveződések nem-egyensúlyi rendszerekben, Prigogine megállapítja az első hivatkozásban:

 

„Sajnálatos módon ez az (önszerveződési) alapelv nem képes megmagyarázni a biológiai struktúrák létrejöttét. Elenyészően csekély annak valószínűsége, hogy normál hőmérséklet mellett nagyszámú molekula összerendeződik, és ezáltal megnyitja az utat magasan szerveződött struktúrák létrejötte, valamint az élő organizmusokat jellemző koordinált funkciók megjelenése előtt.” Bővebben: Biológiai információ

 

 

Összegezve:

 

Prigogine Ilya különböző feltételezésekkel próbálta „kibékíteni” az evolúciót és a termodinamikát. Részletes és alapos életműve nyomán kijelenthetjük: az anyag és az élő rendszerek között hatalmas szakadék tátong. Ilya Prigogine:

„Természetesen, hogy az élet keletkezése továbbra is nehéz kérdés marad, és nem gondoljuk, hogy hamarosan találunk egyszerű megoldást.”

 

 

 

Ilya Prigogine és Stanley Miller életük, munkásságuk összehasonlítása

 Szerkesztői összeállítás.

Mindketten:

1. Az evolúció-feltételezés szempontjából alapvető problémára keresték az ateista választ.

Miller: Hogyan válhat az élettelen élővé?

Prigogine: Hogyan lehet a két ellentétes folyamatot, az entrópiát, ami tudományos tény és az evolúció-feltételezést, ami csupán egy gondolkozási modell, kibékíteni egymással?

2. Nagy nyilvánosság, támogatás és elismerés mellett végezték kutatásaikat.

3. Szenvedélyesen, kitartóan, életüket a kutatási területüknek szánva végezték munkájukat.

4. Tudományos alapossággal, sok segítő, és szinte minden elképzelhető támogatás mellett végezték „hobbiként, és vallásként” végzett kutatásaikat.

5. Nem találták meg az evolúciófeltételezést szétzúzó kérdéseikre a választ:

• Az élettelen nem lesz élő.
• Az anyag „önszervező képessége” ha egyáltalán beszélhetünk ilyenről, rendkívül korlátozott mértékű.

6. A kutatásaik csődjét ki is mondták, de ezen nyilatkozataik nem kaptak nagy nyilvánosságot.

7. Egyre többet tudunk meg a Világegyetemről, közte Miller és Prigogine által vizsgált kérdésekről. A Világegyetem önmagában bizonyítja a teremtést és igényli a Teremtő létezését.

 

Harold Urey és Stanley Miller, így nyilatkoznak:

„Mi, akik az élet eredetét tanulmányozzuk, minél többet vizsgálódunk, annál inkább úgy érezzük, hogy túl bonyolult ahhoz, hogy bárhol is kifejlődhetett volna. Valamennyien hittételként hiszünk abban, hogy az élet az élettelen anyagból alakult ki ezen a bolygón. De az élet annyira bonyolult, hogy nehezen képzelhető el, hogy tényleg így történt.”

Ilya Prigogine:

„Természetesen, hogy az élet keletkezése továbbra is nehéz kérdés marad, és nem gondoljuk, hogy hamarosan találunk egyszerű megoldást.”

Ezért finanszírozta egy tudós társaság Francis Crick kutatásait, melynek összegzése:

„Képtelenség az az állítás, miszerint egy összetett rendszer, mint pl. a DNS, véletlenül alakuljon ki.”

 

 

 

Baumann Miklós könyvének irodalomjegyzéke:

 

* A „zavar” kifejezést a „disorder” fordításaként használjuk. A magyarban a „rend”-nek a „rendetlenség” a szokásos ellentettje, azonban annak értelme más, mint a „disorder”-é. A „rendezetlenség” pedig nem a „rend”, hanem a „rendezettség” ellentéte. Ugyanakkor a „rend” nem azonos jelentésű a „rendezetlenség”-gel. Ezért választottuk – jobb híján – a „zavar” kifejezést. Egyébként, a „rend” (order) helyett helyesebbnek tartanám a „rendezett” (ordered) kifejezést. Erre vonatkozólag lásd a Függeléket.

21. Schrödinger, E.: What is Life? Cambridge, University Press (1944).

22. Prigogine, I., Lefever D.: Előadás kézirata. Róma (1963)

23. Prigogine, I., Stengers, I.: Order out of Chaos. Bantam Books, Toronto-New York-Sidney

24. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 175.

25. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 175.

26. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 286.

27. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 290.

28. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 126.

29. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 124.

30. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 177.

31. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 131.

32. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 143.

33. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 175.

34. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 140.

35. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 160.

36. Prigogine, I., Stengers, I.: Loc. cit. 342.