Si la entropía siempre aumenta, ¿cómo es posible la vida?

Tomando una idea de Ilya Prigogine, ganadora del Premio Nobel de química, algunos biólogos han sugerido que la vida es en sí misma una especie de “estructura disipativa” destinada a maximizar la producción de entropía. Ver, por ejemplo, este artículo del distinguido ecólogo teórico Ramon Margalef:

“Información e incertidumbre en los sistemas vivos, una visión desde la ecología”
por Ramon Margalef
Biosystems (1996), vol. 38, números 2–3, págs. 141–146
http://www.sciencedirect.com/sci…

Aquí está el resumen del artículo:

La organización de entidades vivientes combina, en estrecha proximidad y superposición parcial, sistemas disipativos y autoorganizados. Su superposición, en la que se cruzan gradientes de significación opuesta, permite que ocurran discontinuidades locales, y en ellas un lugar para el caos marginal y las configuraciones fractales. Entre otras características, una diferencia en la velocidad de rotación caracteriza dicho acoplamiento, mayor en el dominio relativamente más uniforme donde la entropía aumenta más fácilmente y menor en los lugares más organizados de acumulación de información preferencial. Al nivel de los eventos físicos elementales, un observador podría aclarar los aspectos lógicos de la indeterminación, suponiendo que el sistema vivo desempeña el papel de testigo del progreso histórico.

Esencialmente, el universo está lejos de su máxima entropía. En consecuencia, puede haber grupos locales de disminución de la entropía que crean tipos de “motores de entropía” que crean entropía aún más rápido.

Considera un refrigerador. Este mecanismo disminuye la entropía en su interior frío mientras que aumenta su entropía en su exterior caliente, y lo hace aprovechando la energía que le llega desde el exterior del sistema. En consecuencia, el refrigerador en realidad hace un * aumento * neto en la entropía del universo. El refrigerador acelera el aumento de la entropía.

La vida puede considerarse como algo similar. Es cierto que los seres vivos están en gran medida ordenados. Como otros han señalado, ese orden proviene de la energía externa a esos sistemas. La entropía del sol aumenta para que los seres vivos en la tierra permanezcan ordenados. Además, los seres vivos en la tierra construyen refrigeradores y otros artilugios que aceleran el aumento de la entropía de la tierra misma. Entonces, sin seres vivos, la entropía del sistema solar aumentaría más LENTAMENTE.

De modo que los seres vivos pueden ser vistos como mecanismos para la producción máxima de entrada. Pueden verse localmente como baja entropía, pero tienen un fuerte impacto en el aumento neto de entropía del universo.

Recomiendo leer el ensayo “¿Qué es la vida?” por el físico teórico Erwin Schrödinger, publicado por primera vez en 1944. Uno de los puntos que Schrödinger enfatiza es que la comida no es simplemente una fuente de energía. Hay una gran cantidad de energía (calorías) en un trozo de carbón, pero de nada nos serviría comer carbón. Es crucial que los alimentos estén en una baja entropía (es decir, una configuración bien ordenada), que en nuestro caso corresponde a las moléculas orgánicas altamente ordenadas que obtenemos al comer carne o verduras. El orden en esas moléculas orgánicas complejas se estableció originalmente en plantas que se “alimentan” de la baja entropía de la radiación solar que llega a la Tierra.

Como dice Schrödinger, la vida se alimenta de ” entropía negativa “. Cuando excretamos lo que hemos comido, está en una forma de mayor entropía (es decir, menos ordenada). El aumento en la entropía de convertir nuestros alimentos de baja entropía en nuestros desechos de alta entropía es mayor que la disminución local en la entropía de crear estructuras bien ordenadas dentro de nuestros cuerpos. Así es como avanza la vida sin violar la segunda ley de la termodinámica: reducimos la entropía dentro de nuestros cuerpos a costa de arrojar aún más entropía a nuestro entorno. La entropía total del mundo, por lo tanto, aumenta.

Si usted es un químico o físico capacitado, puede reconocer la “entropía negativa” de Schrödinger como el segundo término en la expresión para la energía libre :
[matemáticas] F \ equiv U – TS [/ matemáticas],
donde [matemática] U [/ matemática] es la energía regular, [matemática] T [/ matemática] es la temperatura y [matemática] S [/ matemática] es la entropía. Tenga en cuenta que el término [matemáticas] TS [/ matemáticas] viene con un signo negativo. Otra forma de expresar el punto de Schrödinger es decir que lo que es realmente importante no es la energía total [matemática] U [/ matemática] en nuestra comida, sino más bien la energía libre [matemática] F [/ matemática].

La entropía solo necesita aumentar en un sistema aislado. Los sistemas pueden autoorganizarse (disminuyendo la entropía localmente ), siempre que el precio se pague en otro lugar (aumentando la entropía a nivel mundial).

NB La segunda ley de la termodinámica en realidad dice que
[matemáticas]
\ frac {d \ langle S \ rangle} {dt} \ ge 0.
[/matemáticas]
Se permite que el valor esperado de la entropía permanezca constante.

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