Liệu entropy tăng hay giảm trong quá trình biến đổi trứng thành gà?

Liệu entropy tăng hay giảm trong quá trình biến đổi trứng thành gà?
Anonim

Câu trả lời:

Xem xét trứng từ quan điểm của nhiệt động lực học thống kê, nó tăng lên.

Tuy nhiên, khi bao gồm sự đóng góp của entropy âm từ biểu hiện gen cần thiết để duy trì sự tăng trưởng thành một con gà con, thì entropy tổng thể được đề xuất bởi Sanchez giảm bớt.

Giải trình:

Định nghĩa entropy có thể mơ hồ về mặt khái niệm hóa. Phần "mức độ ngẫu nhiên" thực sự khó hình dung mà không xác định thêm "rối loạn" là gì.

MÔ TẢ MÔI TRƯỜNG CHUNG

Trong tầm nhìn rõ ràng, một con gà mái có thể trông "bình thường" hơn một quả trứng, với điều kiện là nó rắn hơn. Nhưng, có một số điểm cần xem xét:

  • Nếu bạn xem xét nguồn gốc (0,0,0) và rắc một số dấu chấm ngẫu nhiên xung quanh nó, (không đổi # r # giả sử), sau nhiều lần thử sẽ là một hình cầu. Bây giờ làm điều đó một cách ngẫu nhiên # r # và bạn sẽ tìm thấy một cấu trúc hình cầu mờ, như:

Chúng tôi vừa xác định mật độ xác suất của một quả trứng (hình trứng) theo thời gian, nhưng mật độ xác suất của một con gà ít được xác định rõ (khó vẽ hơn).

Do đó, gà có tiềm năng trở nên entropic hơn từ một rối loạn truyền thống (liên quan đến cơ học lượng tử) theo quan điểm.

Ngoài ra, xem xét các cấu trúc protein phân tử trong trứng, chúng khá đơn giản. Nhưng chúng tạo thành các protein phức tạp hơn nhiều trong quá trình phát triển phôi.

Ở đây, chúng ta thấy rằng entropy theo phi sinh học cân nhắc tăng từ trứng đến gà, cho tăng trong sự phức tạp của các protein. Hãy để chúng tôi gọi đây #DeltaS_ "trứng chết" #.

Theo định luật nhiệt động lực học thứ hai, #DeltaS_ "trứng chết"> = q / T #và vì nhiệt phải chảy vào trứng khi gà mẹ chuẩn bị nở, điều này có nghĩa là #q> 0 # và như vậy #DeltaS> 0 #.

Trứng luôn giải phóng nhiệt và người mẹ hấp thụ nhiệt từ trứng từ từ để trứng liên tục ở trạng thái cân bằng. Và nếu không có mẹ (hoặc, một lò ấp trứng, cũng làm điều tương tự), trứng sẽ nhanh chóng giải phóng nhiệt, khiến quá trình phát triển không thể thực hiện được.

BẮT ĐẦU NÀY VỚI CƠ KHÍ THỐNG KÊ

Tiếp theo, hãy xem xét những gì được gọi là Định nghĩa entropy của Boltzmann:

#S = k_ văn bản {B} ln Omega #,

Ở đâu #k_ văn bản {B} # là hằng số Boltzmann và # Omega # là số lượng "microstates" thích hợp với macrostate đã cho có thể quan sát được.

Vi chất là số cách bạn có thể nghĩ về một hệ thống có thể được xây dựng lại giữ cùng một macrostate được quan sát. Hãy nói rằng, bạn có một ngôi nhà, và tất cả các hoán vị của các viên gạch sẽ luôn để bạn ở cùng một ngôi nhà (các đài quan sát vĩ mô phải giống nhau). Vì vậy, ngôi nhà của bạn là một "trung bình chung" của tất cả các microstate này, cho một quan sát vĩ mô nhất định của ngôi nhà.

Điều gì xảy ra với trứng của chúng tôi#-># câu chuyện gà con vào thời điểm này?

Hệ thống của chúng tôi là một tập hợp lớn gần như hoàn hảo, nó cho phép các hạt trao đổi nhiệt (chủ yếu là # CO_2 ## H_2O # thông qua các lỗ chân lông) và năng lượng với một sức nóng, hầu như được giữ ở nhiệt độ không đổi.

Số lượng các hệ thống vi mô có thể truy cập vào một quả trứng là ít hơn hơn đó là có thể truy cập vào gà Các phân tử trong một quả trứng đơn giản hơn, điều này để lại tương đối ít cách sắp xếp các nguyên tử để trả lại cùng một macrostate.

Trong khi đó, một con gà con, với các protein phức tạp hơn nhiều, v.v., có nhiều microstate hơn cho một macrostate nhất định của gà con (dù còn sống hay không!).

Như vậy, thành phần phi sinh học đến entropy của trứng (không có sự cân nhắc để duy trì sự phát triển của phôi), như chúng ta đã gọi #DeltaS_ "trứng chết" #, Là tích cực.

Một lần nữa, điều này giả định rằng trứng không sống.

TƯ VẤN TUYỆT VỜI ĐỂ TÌM HIỂU

Bây giờ, chúng ta cũng phải bao gồm các thành phần sinh học cho entropy; đó là, entropy do biểu hiện gen cần thiết để duy trì sự tăng trưởng của trứng.

Khi nó bật ra, Sanchez đề xuất ở phần cuối của bài báo của mình, mặc dù "nỗ lực là thô thiển" (lời nói của anh ta), cũng đủ để xác định rằng entropy do biểu hiện gen mà anh ta gọi là #DeltaS_ "gen" #, Là tiêu cực.

Một nửa bài báo, ông nói rằng:

#DeltaS_ "sống" = DeltaS_ "lớp" + DeltaS_ "gen" <0 #

hoặc trong ký hiệu được sử dụng trong câu trả lời này:

#color (màu xanh) (DeltaS_ "trứng" ^ "gà" = DeltaS_ "trứng chết" + DeltaS_ "gen" <0) #

Đó là, entropy do biểu hiện gen cần thiết để duy trì sự sống của gà con khi nó được sinh ra là đủ tiêu cực rằng sự khác biệt entropy tổng thể giữa trứng và gà phát triển (#DeltaS_ "trứng" ^ "gà" #) Là tiêu cực.