هل يزيد الانتروبيا أو ينقص خلال تحويل البيض إلى دجاج؟

إجابة:

النظر في البيض من وجهة نظر الديناميكا الحرارية الإحصائية ، فإنه يزيد.

ومع ذلك ، عند تضمين مساهمة الانتروبيا السلبية من التعبير الجيني المطلوب للحفاظ على النمو في كتكوت ، يقترح سانشيز الإنتروبيا الشاملة تخفيض.

تفسير:

يمكن أن يكون تعريف الإنتروبيا غامض ا من حيث المفاهيم. يصعب بالفعل تصور جزء "درجة العشوائية" دون زيادة تحديد "الفوضى".

وصف الدخول العام

على مرأى من الجميع ، قد تبدو فرخ الدجاجة "منتظمة" أكثر من البويضة ، بالنظر إلى أنها أكثر صلابة. ولكن ، هناك عدة نقاط يجب مراعاتها:

• إذا كنت تفكر في الأصل (0،0،0) ورش بعض النقاط بشكل عشوائي حوله ، (في ثابت # ص # دعنا نقول) ، بعد العديد من المحاولات التي ستكون المجال. الآن تفعل ذلك بشكل عشوائي # ص # ستجد بنية كروية غير واضحة ، مثل:

لقد حددنا للتو كثافة الاحتمال للبيضة (بيضوي) بمرور الوقت ، لكن كثافة الاحتمالية للفرخ أقل تعريف ا جيد ا (يصعب رسمها).

وبالتالي ، فإن الفرخ لديه القدرة على أن يكون أكثر انتروبيا من الاضطراب التقليدي (فيما يتعلق ميكانيكا الكم) وجهة نظر.

أيضا ، بالنظر إلى هياكل البروتين الجزيئي في البيض ، فهي بسيطة جدا. لكنها تشكل بروتينات أكثر تعقيد ا في عملية التطور الجنيني.

هنا ، نرى أن الانتروبيا وفقا ل غير بيلوجي الاعتبارات يزيد من البيض إلى الفرخ ، بالنظر إلى زيادة في تعقيد البروتينات. دعنا نسمي هذا #DeltaS_ "البيضة الميتة" #.

بموجب القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، #DeltaS_ "البيض الميت"> = q / T #ولأن الحرارة يجب أن تتدفق إلى البويضة حيث تستعد الدجاجة الأم للفقس ، فإن هذا يعني ذلك #q> 0 # وبالتالي #DeltaS> 0 #.

تقوم البويضة دائم ا بإطلاق الحرارة وتمتص الأم الحرارة من البيضة ببطء حتى تكون البويضة في حالة توازن مستمر. وإذا لم يكن هناك الأم (أو الحاضنة التي تفعل الشيء نفسه) ، فإن البويضة تطلق الحرارة بسرعة ، مما يجعل عملية النمو مستحيلة.

معالجة هذا مع الآليات الإحصائية

بعد ذلك ، دعونا ننظر في ما يعرف باسم تعريف بولتزمان للانتروبيا:

#S = k_ text {B} ln Omega #,

أين #k_ النص {B} # هو ثابت بولتزمان و # # أوميغا هو عدد "microstates" ثابتة مع macrostate معين يمكن ملاحظتها.

Microstates هي عدد الطرق التي يمكنك من خلالها التفكير في نظام يمكن إعادة بنائه مع الحفاظ على نفس ماكرووستات الملاحظة نفسها. دعنا نقول ، لديك منزل ، وكل التباديل في الطوب سوف تتركك دائم ا مع نفس المنزل (يجب أن تكون الملاحظات العيانية هي نفسها). لذلك ، منزلك هو "متوسط الفرقة" لجميع هذه microstates ، لمراقبة ماكروسكوبي معين من المنزل.

ماذا يحدث للبيض لدينا#-># قصة الفرخ في هذه المرحلة؟

يعتبر نظامنا مجموعة كاملة مثالية تقريب ا ، فهو يسمح لجزيئات التبادل الحراري (في الغالب # # CO_2 و # # H_2O خلال المسام) والطاقة مع حمام حراري ، يتم الاحتفاظ بها تقريب ا في درجة حرارة ثابتة.

عدد النظم المجهرية التي يمكن للبيض الوصول إليها أقل من ذلك يمكن الوصول إليها من الفرخ. تكون جزيئات البويضة أكثر بساطة ، مما يترك طرق ا أقل نسبي ا لترتيب الذرات لإرجاع نفس البويضة.

في حين أن الكتكوت ، الذي يحتوي على الكثير من البروتينات المعقدة ، وما إلى ذلك ، يحتوي على عدد أكبر من microstates بالنسبة إلى ماكرو معين من الكتكوت (سواء كان حيا أم لا!).

وبالتالي ، فإن مكون غير بيولوجي إلى إنتروبيا البيضة (بدون اعتبارات للحفاظ على النمو الجنيني) ، كما أطلقنا #DeltaS_ "البيضة الميتة" #، هو إيجابي.

مرة أخرى ، هذا يفترض أن البيضة لا تعيش.

النظر في الدخول بسبب التعبير الجيني

الآن ، يجب علينا أيضا تضمين العنصر البيولوجي في الكون. هذا هو، الانتروبيا بسبب التعبير الجيني المطلوبة للحفاظ على نمو البويضة.

كما اتضح ، يقترح سانشيز في نهاية ورقته ، على الرغم من أن "محاولته الخام من المسلم به" (كلماته) ، يكفي لإثبات أن إنتروبيا بسبب التعبير الجيني ، الذي يسميه #DeltaS_ "الجينات" #، هو نفي.

في منتصف الورقة ، ينص على ما يلي:

#DeltaS_ "living" = DeltaS_ "class" + DeltaS_ "gene" <0 #

أو في التدوين المستخدم في هذه الإجابة:

#color (أزرق) (DeltaS_ "egg" ^ "كتكوت" = DeltaS_ "بيضة ميتة" + DeltaS_ "جين" <0) #

وهذا يعني أن الانتروبيا بسبب التعبير الجيني الضروري للحفاظ على حياة الفرخ أثناء ولادته سلبية بما فيه الكفاية أن الفارق الكلي بين الإنتروبيا والبيض الفرخ المتطور (#DeltaS_ "بيضة" ^ "كتكوت" #) هو نفي.