A lei da entropia, a segunda lei da termodinâmica, não é como as outras leis físicas, disse Eddington. Para começar, ela não é reversível no tempo como as leis de Newton. Além disso, possui qualidades diferentes de qualquer outra grandeza física; ela se assemelha mais à beleza ou à harmonia.
Talvez seja algo como o bem e o mal, pensei.
Fiz a todos os meus professores a mesma pergunta: "Se o universo começou em um estado de equilíbrio térmico, de entropia máxima, como podemos ter tanta informação no mundo hoje"
Apenas dois professores me levaram a sério. Um deles foi David Layzer . Ele dedicou o resto da vida a esse problema. Eu venho lendo filosofia e física há setenta anos para explicá-lo.
Claro que sim. Estudamos a Evolução Cósmica ( no livro de
Eric Chaisson
), incluindo
a Evolução Galáctica, a Evolução Estelar e a Evolução Planetária.
Planetas, estrelas, galáxias e o próprio Universo são todos sistemas complexos .
A Ciência da Complexidade estuda todos eles.
Desde a reunião via satélite de Georgi sobre ciência da complexidade na semana passada em Siena, onde eu esperava encontrar Paul Davies , elaborei um breve histórico dos sistemas complexos mostrando como Davies direcionou o Instituto Santa Fé para a teologia e a teleologia .
É claro que a vida também é um sistema complexo, mas quero discutir uma diferença fundamental entre os seres vivos e o universo abiótico .
A diferença reside no papel da informação .
O universo, com suas galáxias, estrelas e planetas, é rico em informações abstratas e imateriais . Essas informações imateriais precisam de matéria para se materializarem e de energia
para serem comunicadas , para que os cientistas possam observá-las e medi- las!
Todos os objetos do universo são estruturas concretas de informação material , compostas de matéria e componentes de energia, desde os quarks, glúons, elétrons e fótons presentes na origem, passando pelos átomos, moléculas e macromoléculas que não poderiam ser estáveis até que o universo esfriasse até a temperatura atual da superfície do Sol (em torno de 6000 K),
cerca de 380 mil anos após a origem do universo.
Objetos não vivos, como átomos, moléculas, planetas, estrelas e galáxias, são estruturas de informação passivas . Eles são inteiramente controlados por forças físicas fundamentais — as forças nucleares forte e fraca, o eletromagnetismo e a gravitação. Esses objetos não se controlam. Eles são redutíveis a causas físicas. Eles não agem . Eles são afetados pela ação física .
Mas os seres vivos, você e eu, somos estruturas de informação ativas, dinâmicas e em constante crescimento ; somos formas através das quais a matéria e a energia fluem continuamente. E é a comunicação de cima para baixo
da informação biológica que controla esses fluxos!
Agora, as leis fundamentais da termodinâmica se aplicam tanto a sistemas vivos quanto a sistemas não vivos.
A segunda lei afirma que a entropia (desordem) deve sempre aumentar, sugerindo uma "morte térmica" para o universo.
Isso também sugere que o universo começou com uma vasta quantidade de informação, já que o aumento da entropia vem diminuindo a informação desde a sua origem, e ainda resta muita informação hoje.
Mas vou mostrar como o universo começou com um mínimo de informação .
E vou explicar como ele evita a "morte térmica".
Primeiro precisamos considerar o Demônio de Laplace .
Pierre Simon Laplace conhecia muito bem as Leis de Newton da mecânica clássica.
Ele imaginou um demônio inteligente que conhece as posições e as velocidades de cada partícula do universo, e que também conhece as forças que atuam sobre todas essas partículas.
O demônio poderia então conhecer todo o passado e o futuro do universo .
Nesse caso, a informação seria uma constante da natureza (representada pela linha azul abaixo).
Meu colega do MIT, Seth Lloyd, acredita que a informação é uma constante conservada, como as leis de conservação da massa e da energia. Ele também acha que o universo é um computador!
Contudo, em meados do século XIX, Lord Kelvin percebeu que a então recém-descoberta segunda lei da termodinâmica exigia que a informação não fosse constante. Ela seria destruída à medida que a entropia aumentasse irreversivelmente .
O físico Hermann Helmholtz descreveu isso como a " morte térmica " do universo.
A afirmação de Kelvin sobre a "morte térmica" estaria correta se o universo fosse um sistema fechado.
Mas ele não é fechado. O universo é aberto e infinito. Veremos como um universo aberto pode, na verdade, criar entropia negativa localmente para evitar o equilíbrio térmico.
Em seu famoso artigo de 1944, "O que é a vida", Erwin Schrödinger argumentou que a vida "se alimenta de entropia negativa".
A fonte de entropia negativa de Schrödinger era o nosso Sol. Com o Sol brilhante como fonte de calor e o céu noturno escuro como dissipador de calor, a Terra funciona como uma máquina termodinâmica.
Mas Schrödinger não sabia como o Sol se tornou uma fonte de entropia negativa.
Isso é um problema para a cosmologia. Precisamos explicar como um universo que começa em equilíbrio térmico com entropia máxima (desordem total) pode criar uma estrela com simetria esférica que envia um fluxo de entropia negativa para a Terra.
Arthur Stanley Eddington foi o grande cientista que comprovou a teoria da relatividade geral de Albert Einstein , afirmando que o espaço é curvo, durante uma expedição para observar um eclipse em 1919 (tornando Einstein famoso).
Eddington sugeriu em 1934 que a expansão do universo, descoberta por Edwin Hubble em 1927, poderia criar novas células de "espaço de fase" mais rapidamente do que as partículas conseguem preencher essas células aleatoriamente e maximizar a entropia.
Note que o universo poderia permitir reduções locais na entropia, o que chamei de "bolsões" de entropia negativa, mas somente se a entropia global em outros lugares aumentar ainda mais para satisfazer a segunda lei da termodinâmica.
Em seu livro Cosmogenesis , de 1989 , meu mentor em Harvard, David Layzer, desenvolveu a ideia de Eddington. Layzer mostrou que a entropia máxima possível do universo em expansão aumenta muito mais rapidamente do que o aumento da entropia real . Desordem (entropia) e ordem (entropia negativa) estão aumentando simultaneamente no universo.
Adaptei os diagramas do livro de Layzer para criar esta imagem do seu conceito de Crescimento da Informação.
Entre a entropia real e a entropia máxima possível, você pode ver que há bastante espaço para a formação de galáxias, estrelas e planetas.
Note que o universo não tinha muita informação na sua origem. Também não tinha a mesma quantidade de informação que tem hoje, como acreditam Laplace e meu colega do MIT, Seth Lloyd . Lloyd também acredita que o universo é um computador!
A expansão do universo cria novo espaço, o que significa que existem muito mais células possíveis no "espaço de fase" onde as partículas podem efetivamente ser distribuídas.
Decidi chamar isso de Processo de Criação Cósmica , com base na visão de Eddington e Layzer sobre o crescimento da ordem no universo.
Os outros são
Chamo a todos esses modelos de "modelos de dois estágios". Primeiro, as possibilidades , depois uma nova realidade.
Na primeira etapa, novas possibilidades surgem aleatoriamente.
Na segunda etapa, uma possibilidade se torna real .
Em seu famoso artigo de 1944, "O que é a vida", Erwin Schrödinger também explicou como a informação genética poderia ser armazenada na estrutura atômica de uma longa molécula ou "cristal aperiódico". Essa molécula foi identificada como DNA apenas nove anos depois, por James Watson e Francis Crick, em 1953.
Apenas três anos antes da descoberta da informação no código genético, Claude Shannon formulou sua teoria da comunicação da informação, descrevendo os "bits" digitais de informação como 1s e 0s (ou respostas de sim e não para perguntas). Shannon afirmou que a quantidade de informação comunicada depende do número de mensagens possíveis. Com oito mensagens possíveis, uma mensagem real comunica três bits de informação (2³ = 8).
Se existe apenas uma mensagem possível, não há novas informações. Isso corresponde à visão determinista de que existe apenas um futuro possível! Tanto esse futuro quanto todo o passado estão completamente predeterminados desde o início dos tempos, e a informação total no universo é uma constante conservada, como acreditam muitos físicos e algumas religiões mundiais.
Na década de 1970, desenvolvi meu "modelo de dois estágios" de livre-arbítrio: no primeiro estágio, possibilidades alternativas surgem aleatoriamente na mente; no segundo estágio, o agente toma decisões ou faz escolhas adequadamente determinadas .
Desde então, tenho pesquisado a literatura sobre o assunto. Identifiquei muitos filósofos e cientistas que propuseram o mesmo modelo de duas etapas , tanto antes quanto depois de mim.
Ao longo dos anos, debati o problema do livre-arbítrio com o filósofo libertário Robert Kane e o filósofo determinista / compatibilista Daniel Dennett . Se houver tempo na discussão, falarei mais sobre eles.
Na década de 1990, estendi meu modelo de dois estágios — primeiro possibilidades, depois realidades — a todos os processos do universo que criam novas informações e estruturas de informação. Isso obviamente incluía a evolução darwiniana. Aqui está o biólogo evolucionista Ernst Mayr descrevendo o processo de duas etapas.
A mudança evolutiva em cada geração é um processo de duas etapas : a produção de novos indivíduos geneticamente únicos e a seleção dos progenitores da próxima geração. O importante papel do acaso na primeira etapa, a produção de variabilidade, é universalmente reconhecido, mas a segunda etapa, a seleção natural, é em geral vista de forma bastante determinística: a seleção é um processo não aleatório.
Ora, todos os sistemas adaptativos complexos são obviamente criativos. E a descrição auto-organizativa e autopoiética de Umberto Maturana e Francesco Varela os descreve perfeitamente. Mas o "eu" em uma célula de Bénard não comunica informações aos seus átomos componentes .
Não tem pensamentos, intenções, objetivos ou propósitos .
Uma célula de Bénard é uma estrutura de informação passiva , redutível aos seus componentes. É verdade que se trata de uma estrutura dissipativa , à beira do caos, como observou Ilya Prigogine , mas não é viva. E, finalmente, também é verdade que o processo autocatalítico é uma causalidade de cima para baixo que controla ou restringe processos de nível inferior. Essas forças de cima para baixo são puramente físicas. As células de Bénard não são vivas.
Na minha visão, Propósito , Valores e Significados entram no universo quando a Vida surge.
O único lugar no universo onde se sabe que existe vida é a nossa biosfera , nomeada pela primeira vez pelo químico austríaco Edward Seuss no século XIX como a interface entre a litosfera e a baixa atmosfera.
No século XX, a biosfera foi popularizada por Vladimir Vernadsky , que inspirou a noosfera de Teilhard de Chardin . E hoje, a biosfera é o foco da Hipótese Gaia de James Lovelock e Lynn Margulis .
Se existe alguma entidade que nos proporcionou tudo, pela qual devemos ser gratos, até mesmo reverentes, essa entidade é certamente a biosfera , que é o nosso lar no universo.
Descrevi como o processo de criação cósmica não viola a segunda lei da termodinâmica. E mostrei como o universo evita a "morte térmica" sem violar a segunda lei da termodinâmica.
Afirmei que esse processo criativo em duas etapas ajuda a explicar três grandes problemas na filosofia e na ciência.
Fiz mais quatro contribuições originais para a ciência que podem ser de interesse.
Todo o meu trabalho está disponível no meu site informationphilosopher.com.
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O conceito de emaranhamento é discutido aqui - informationphilosopher.com/entanglement/common_cause/
Você pode entrar em contato comigo aqui: bobdoyle@informationphilosopher.com