האם האנטרופיה עולה או יורדת במהלך הפיכת הביצה לעוף?

האם האנטרופיה עולה או יורדת במהלך הפיכת הביצה לעוף?
Anonim

תשובה:

בהתחשב ביצה מנקודת מבט של תרמודינמיקה סטטיסטית, זה מגביר.

עם זאת, כאשר כוללים את תרומת האנטרופיה השלילית מהביטוי הגנטי הנדרש כדי לשמור על צמיחה לאפרוח, האנטרופיה הכללית מוצעת על ידי סאנצ'ז ירידה.

הסבר:

הגדרת האנטרופיה יכולה להיות מעורפלת מבחינת המשגה. את "מידת אקראיות" חלק קשה מאוד לדמיין מבלי להגדיר עוד מה "הפרעת" הוא.

תיאור כללי של ENTROPY

במראה רגיל, תרנגולת תרנגולת עשויה להיראות יותר "רגילה" מאשר ביצה, בהתחשב בכך שהיא מוצקה יותר. אבל, יש כמה נקודות לשקול:

  • אם אתה מחשיב מוצא (0,0,0) ומפזרים כמה נקודות באופן אקראי סביבו, (בכל פעם # r # אומר), לאחר ניסיונות רבים שיהיו כדור. עכשיו לעשות את זה אקראי # r # ותמצאו מבנה כדורי מטושטש, כמו:

יש לנו רק להגדיר את צפיפות ההסתברות של ביצה (אובויד) לאורך זמן, אבל צפיפות ההסתברות של חומוס הוא פחות מוגדר היטב (קשה יותר העלילה).

לפיכך, אפרוח יש פוטנציאל להיות יותר אנטרופית מן ההפרעה המסורתית (ביחס מכניקת הקוונטים) נקודת מבט.

כמו כן, בהתחשב במבנים חלבון מולקולרית ביצה, הם די פשוטים. אבל הם יוצרים חלבונים מורכבים הרבה יותר בתהליך ההתפתחות האבולוציונית.

כאן, אנו רואים כי האנטרופיה על פי לא ביולוגי שיקולים מגביר מ ביצה לחומוס, בהתחשב להגביר במורכבות של החלבונים. תן לנו לקרוא לזה #DeltaS_ "ביצה מתה" #.

לפי החוק השני של התרמודינמיקה, #DeltaS_ "ביצה מת"> = q / T #, ומאחר שהחום חייב לזרום לתוך הביצה כמו התרנגולת האם מכינה אותו כדי בוקעת, זה אומר #q> 0 # וכך #DeltaS> 0 #.

הביצה תמיד משחררת חום והאם סופגת את החום מהביצה לאט, כך שהביצה נמצאת ברציפות באיזון. ואם אין את האם (או, אינקובטור, שעושה את אותו הדבר), הביצה משחררת במהירות את החום, מה שהופך את תהליך ההתפתחות בלתי אפשרי.

התמודדות עם מכניקות סטטיסטיות

לאחר מכן, בואו לשקול מה ידוע הגדרתו של בולצמן לאנטרופיה:

#S = k_ טקסט {B} ln אומגה #,

איפה #k_ טקסט {B} # הוא קבוע בולצמן # אומגה # הוא מספר "microstates" עקבית עם macrostate נתון לצפייה.

מיקרו הם מספר דרכים אתה יכול לחשוב על מערכת יכול להיות מחדש נבנה שמירה על אותו מקרוסטט שנצפו. נניח, יש לך בית, וכל תמורות של לבנים תמיד להשאיר אותך עם אותו בית (צופים macroscopic חייב להיות זהה). אז, הבית שלך הוא "אנסמבל ממוצע" של כל אלה microstates, עבור תצפית מאקרוסקופית נתון של הבית.

מה קורה לביצה שלנו#-># סיפור אפרוח בשלב זה?

המערכת שלנו היא אנסמבל קנוני כמעט מושלם, היא מאפשרת החלפת חלקיקי חום (בעיקר # CO_2 # ו # H_2O # דרך הנקבוביות) ואנרגיה עם heatbath, כמעט כל הזמן בטמפרטורה קבועה.

מספר microsystems נגיש ביצה הם פחות כי הם נגישים אפרוח. מולקולות ביצה להיות פשוט יותר, זה משאיר פחות דרכים פחות כדי לסדר את האטומים כדי להחזיר את מקרוסטט ביצה אותו.

והואיל, אפרוח, עם הרבה יותר חלבונים מורכבים וכו ', יש יותר microstates עבור macrostate נתון של אפרוח (אם בחיים או לא!).

לפיכך, מרכיב לא ביולוגי לאנטרופיה של הביצית (ללא שיקולים לקיום צמיחה עובריים), כפי שקראנו #DeltaS_ "ביצה מתה" #, J חיובי.

שוב, זה מניח שהביצה לא חיה.

התחשבות בהימנעות בגלל ביטוי גנים

כעת, עלינו לכלול גם את המרכיב הביולוגי באנטרופיה; זה, האנטרופיה עקב ביטוי גנים נדרש כדי לשמור על הצמיחה של הביצה.

כפי שמתברר, סנשז מציע בסוף המאמר שלו, אם כי "הניסיון שלו הוא גס למדי" (דבריו), די בכך כדי לקבוע שהאנטרופיה הנובעת מביטוי גנים, שהוא מכנה #DeltaS_ "גן" #, J שלילי.

באמצע המאמר הוא קובע כי:

#DeltaS_ "Living" = DeltaS_ "class" + DeltaS_ "גן" <0 #

או בסימן המשמש לתשובה זו:

# ביצה מתוקה + גן דלתא "<0) # #

כלומר, אנטרופיה עקב ביטוי גנים הדרושים כדי לקיים את החיים של אפרוח כפי שהוא נולד הוא שלילי מספיק כי האנטרופיה הכללית ההבדל בין הביצה לבין האפרוח פיתח (#DeltaS_ "ביצה" ^ "אפרוח" #) J שלילי.