O universo começou em estado de equilíbrio há cerca de 13,75 bilhões de anos.

Em equilíbrio termodinâmico, existe apenas o movimento das partículas microscópicas constituintes ("o movimento que chamamos de calor"). A existência de estruturas macroscópicas, como estrelas e planetas, e seus movimentos, representa um desvio do equilíbrio termodinâmico. E esse desvio é o que chamamos de "entropia negativa".

A segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia (ou desordem) de um sistema físico fechado aumenta até atingir um máximo, o estado de equilíbrio termodinâmico. Isso pressupõe que a entropia do universo esteja aumentando e sempre tenha estado.

Esse fato comprovado do aumento da entropia levou muitos cientistas e filósofos a supor que o universo que temos está "caminhando" para uma "morte térmica". Eles acreditam que isso significa que o universo começou em um estado de informação muito elevado, já que a segunda lei da termodinâmica exige que qualquer organização ou ordem seja suscetível à deterioração. A informação que permanece hoje, em sua visão, sempre esteve aqui. Não há nada de novo sob o sol. Eles são deterministas .

Mas o universo não é um sistema fechado . Ele está em um estado dinâmico de expansão, afastando-se do equilíbrio termodinâmico mais rapidamente do que os processos entrópicos conseguem acompanhar, como sugerido em 1935 por Arthur Stanley Eddington . Ele disse...

A expansão do universo cria novas possibilidades de distribuição mais rapidamente do que os átomos conseguem processá-las, e já não existe qualquer probabilidade de uma distribuição específica se repetir.

( Novos Caminhos na Ciência , 1935, p. 66)

A entropia máxima possível está aumentando muito mais rápido do que o aumento real da entropia. A diferença entre a entropia máxima possível e a entropia real é entropia negativa ou informação potencial, como demonstrado graficamente na década de 1970 pelo meu colega do departamento de astronomia de Harvard, David Layzer .

A criação de estruturas de informação significa que, em algumas partes do universo, a entropia local está, de fato, diminuindo. A criação de um sistema local de baixa entropia é sempre acompanhada pela radiação de entropia a partir dessas estruturas locais para partes distantes do universo, como para o céu noturno, por exemplo. A entropia global total sempre aumenta, satisfazendo a segunda lei da termodinâmica, mesmo que nunca atinja a entropia máxima possível.

À medida que o universo se expande (veja a figura), tanto a entropia positiva quanto a negativa são geradas. A entropia termodinâmica normal, conhecida como Entropia de Boltzmann, é representada pela grande seta preta. A entropia negativa, frequentemente chamada de Entropia de Shannon, é uma medida do conteúdo de informação no universo em evolução.

Assim, a entropia e a informação podem aumentar simultaneamente no universo em expansão. Geralmente, existem dois fluxos de entropia/informação. Em qualquer processo, o aumento positivo da entropia é sempre pelo menos igual, e geralmente ordens de magnitude maior, que a entropia negativa em quaisquer estruturas de informação criadas. A entropia positiva deve exceder a negativa para satisfazer a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia total sempre aumenta.

As partículas materiais são as primeiras estruturas de informação a se formarem no universo. São quarks, bárions e núcleos atômicos, que se combinam com elétrons para formar átomos e, eventualmente, moléculas, quando a temperatura estiver suficientemente baixa. Essas partículas materiais são atraídas umas pelas outras pela força da gravitação universal, formando as gigantescas estruturas de informação das galáxias, estrelas e planetas.

Partículas microscópicas da mecânica quântica e enormes sistemas autogravitantes são ambos estáveis e possuem vidas úteis extremamente longas.

Quando as estrelas se formam, elas se tornam mais uma fonte de radiação depois da fonte cósmica original do Big Bang, que esfriou até 3 graus Kelvin (3K) e brilha como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Nossa radiação solar tem uma alta temperatura de cor (5780 K), mas uma baixa temperatura de conteúdo energético (273 K). Ela está fora do equilíbrio e é a fonte de toda a entropia negativa geradora de informação que impulsiona a evolução biológica na Terra.

Note que a fração da luz solar que atinge a Terra é menos de um bilionésimo da luz que passa e se perde no espaço.

Uma pequena fração da energia solar que incide sobre a Terra é convertida em estruturas de informação para plantas e animais. A maior parte é convertida em calor e irradiada como energia residual para o céu noturno.

Toda estrutura biológica é uma estrutura mecânica quântica. O DNA manteve sua estrutura de informação estável (novamente, graças à extraordinária estabilidade das estruturas quânticas) ao longo de bilhões de anos, mesmo na presença constante de caos e ruído.

O conteúdo informacional estável de um ser humano sobrevive a muitas mudanças no conteúdo material do corpo durante a vida de uma pessoa. Somente com a morte a informação mental (espírito, alma) se dissipa — a menos que esteja armazenada em algum lugar.

A quantidade total de informação mental em um ser humano vivo é ordens de magnitude menor do que o conteúdo e a taxa de processamento de informação do corpo. Mas as estruturas de informação criadas pelos humanos fora do corpo, na forma de conhecimento externo (que chamamos de Soma ), incluindo a enorme coleção de artefatos humanos, rivalizam com o conteúdo total de informação biológica em qualquer indivíduo.

A criação de estruturas de informação significa que hoje existe mais informação no universo do que em qualquer época anterior. Esse fato de aumento da informação se encaixa bem com um universo indeterminado que ainda está se criando. Nesse universo, estrelas ainda estão se formando, sistemas biológicos estão criando novas espécies e seres humanos inteligentes são cocriadores do mundo em que vivemos.

Toda essa criação é resultado de um processo fundamental que gera toda a informação. Trata-se de uma combinação de dois processos físicos distintos: um mecânico-quântico e outro termodinâmico. Compreender esse processo criativo fundamental é o mais próximo que provavelmente chegaremos de compreender a invenção de um criador antropomórfico do universo. Não existe tal agente, mas a criação cósmica é uma providência divina ainda presente, a fonte cósmica de tudo o que é bom e mau .

Normal | Professor | Pesquisador