Adakah entropi meningkat atau berkurang semasa transformasi telur menjadi ayam?

Jawapan:

Memandangkan telur dari sudut pandang termodinamik statistik, ia bertambah.

Walau bagaimanapun, apabila menyertakan sumbangan negatif entropi dari ekspresi gen yang diperlukan untuk mengekalkan pertumbuhan menjadi anak ayam, entropi keseluruhan dicadangkan oleh Sanchez penurunan.

Penjelasan:

Takrif entropi boleh dikatakan samar-samar dari segi konseptualisasi. Tahap "tahap rawak" sangat sukar untuk digambarkan tanpa mendefinisikan lagi apa "gangguan" itu.

DESKRIPSI ENTROPY UMUM

Dalam pandangan biasa, seekor ayam-ayam mungkin kelihatan lebih "biasa" daripada telur, memandangkan ia lebih padat. Tetapi, terdapat beberapa perkara untuk dipertimbangkan:

• Jika anda menganggap asal (0,0,0) dan taburkan beberapa titik secara rawak di sekelilingnya, (pada pemalar # r # katakanlah), selepas banyak percubaan yang akan menjadi sfera. Sekarang lakukan secara rawak # r # dan anda akan mendapati struktur sfera kabur, seperti:

Kami baru sahaja menentukan ketumpatan kebarangkalian telur (ovoid) dari masa ke masa, tetapi ketumpatan kebarangkalian keturunan kurang ditakrifkan (lebih sukar untuk plot).

Oleh itu, anak ayam berpotensi menjadi lebih entropik dari sudut pandang tradisional (berkaitan dengan mekanik kuantum).

Juga, memandangkan struktur protein molekul dalam telur, mereka agak mudah. Tetapi mereka membentuk protein yang lebih kompleks dalam proses perkembangan embrio.

Di sini, kita melihat bahawa entropi mengikut bukan biologi pertimbangan kenaikan dari telur hingga anak ayam, memandangkan meningkat dalam kerumitan protein. Marilah kita memanggilnya #DeltaS_ "telur mati" #.

Dengan Hukum Termodinamik Kedua, #DeltaS_ "telur mati"> = q / T #, dan sejak panas mesti mengalir ke dalam telur sebagai ibu ayam mempersiapkannya untuk menetas, ini bermakna #q> 0 # maka dengan itu #DeltaS> 0 #.

Telur selalu mengeluarkan haba dan ibu menyerap haba dari telur perlahan supaya telur terus menerus pada keseimbangan. Dan jika tidak ada ibu (atau, inkubator, yang melakukan perkara yang sama), telur dengan cepat melepaskan haba, menjadikan proses perkembangan itu mustahil.

MEMBUAT INI DENGAN MEKANIK STATISTIK

Seterusnya, mari kita pertimbangkan apa yang dikenali sebagai Takrif entropi Boltzmann:

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

di mana #k_ text {B} # adalah pemalar Boltzmann dan # Omega # adalah bilangan "microstates" konsisten dengan makrostat yang diberikan dapat dilihat.

Microstates adalah bilangan cara anda boleh memikirkan sistem yang boleh dibina semula dengan mengekalkan makrostat yang sama diperhatikan. Katakanlah, anda mempunyai rumah, dan semua permutasi batu bata akan selalu meninggalkan anda dengan rumah yang sama (maklum balas makroskopik mestilah sama). Oleh itu, rumah anda adalah "ensemble rata-rata" semua microstates ini, untuk pemerhatian makroskopik yang diberikan rumah.

Apa yang berlaku kepada telur kami#-># cerita anak ayam pada ketika ini?

Sistem kami adalah ensembel kanonik yang hampir sempurna, ia membolehkan zon pertukaran haba (kebanyakannya # CO_2 # dan # H_2O # melalui liang-liang) dan tenaga dengan haba, hampir disimpan dalam suhu malar.

Bilangan mikrosistem boleh didapati dengan telur kurang daripada yang boleh diakses oleh anak ayam. Molekul-molekul dalam telur yang lebih mudah, ini meninggalkan cara yang lebih sedikit untuk mengatur atom-atom untuk mengembalikan makrostat telur yang sama.

Sedangkan, anak ayam, dengan banyak protein yang lebih kompleks dan lain-lain, mempunyai lebih banyak mikrostat untuk diberikan makrostat anak ayam (sama ada hidup atau tidak!).

Oleh itu, komponen bukan biologi kepada entropi telur (tanpa pertimbangan untuk mengekalkan pertumbuhan embrio), seperti yang kita panggil #DeltaS_ "telur mati" #, adalah positif.

Sekali lagi, ini mengandaikan bahawa telur tidak hidup.

MENGENALKAN ENTROPY MENGIKUT GENE EXPRESSION

Kini, kita juga mesti memasukkan komponen biologi kepada entropi; itu dia, entropi kerana ungkapan gen diperlukan untuk mengekalkan pertumbuhan telur.

Sebagaimana ternyata, Sanchez mencadangkan di akhir karyanya, walaupun "percubaannya" diakui sebagai mentah "(kata-katanya), cukup mencadangkan bahawa entropi akibat ekspresi gen, yang ia panggil #DeltaS_ "gen" #, adalah negatif.

Separuh masa melalui kertas, dia menyatakan bahawa:

#DeltaS_ "hidup" = DeltaS_ "kelas" + DeltaS_ "gen" <0 #

atau dalam notasi yang digunakan dalam jawapan ini:

#color (biru) (DeltaS_ "telur" ^ "anak ayam" = DeltaS_ "telur mati" + DeltaS_ "gen" <0)

Iaitu, entropi kerana ungkapan gen yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan anak ayam kerana ia dilahirkan adalah cukup negatif bahawa entropi keseluruhan perbezaan antara telur dan anak ayam yang maju (#DeltaS_ "telur" ^ "anak ayam" #) adalah negatif.