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Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica, pt. 2

Autor: Pedro Almeida

Colaboração de Rodrigo Veras e Eli Vieira, do Evolucionismo.org

CONTINUAÇÃO DESTE POST.

Um ex-professor meu de Cálculo (Cálculo IV, especificamente), um sujeito brilhante que, aliás, tem bacharelado em química, física e matemática, com mestrado e doutorado na última, certa vez disse que entropia é a maior lorota da física. Um conceito meio que inventado, se posto na forma simplista. De fato, os enunciados mais clássicos e populares da termodinâmica são realmente pouco inteligíveis, para não dizer completamente confusos e enganosos, principalmente quando retirados de seu contexto original. Em discussões sobre a eficiência de máquinas térmicas e o porquê de sua incapacidade de converter a energia total original do sistema em trabalho à custa de um gradiente de temperatura, mesmo numa idealização dos componentes, é fácil aplicar o conceito de entropia. Porém tentar aumentar a abrangência do conceito pode ser traiçoeiro, por isto exige cautela.

Não tiro a razão do meu professor: entropia não mede nível de complexidade, nem de informação, puramente falando. A segunda lei não fala que tudo tende ao caos, mas ao equilíbrio. Também, entropia não é uma entidade física diretamente mensurável ou “palpável”, ou seja, não existem entropiômetros para medir a entropia dos sistemas físicos. Ela poderia ser mais bem descrita como uma medida associada à “distância” que um sistema, durante sua evolução temporal, se encontra do seu estado de equilíbrio, ou seja, do estado macroscópico observável em que seus microestados são equiprováveis e indistinguíveis. Viu como fica difícil de definir? Pior ainda compreender. Principalmente porque o conceito está associado às nossas grandes dificuldades de abstrair em questões e definições probabilísticas – vide a mecânica quântica e as funções de onda (http://en.wikipedia.org/wiki/Wave_function), por exemplo. Assim como acontece com a lei de Ohm (http://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law), a entropia é uma entidade matemática de definição empírica, usada para descrever um fenômeno invariável da natureza macroscópica, gerando um modelo desta propriedade.

Matematicamente, a entropia está definida somente no escopo do transporte de calor: é a quantidade de calor divida pela temperatura absoluta (i.e., joules por kelvin – J/K). Mas em termos da energia usada nos processos vitais e no aumento temporal de complexidade por meios evolutivos, as evidências nos indicam que a mudança líquida da entropia no universo ainda é positiva como resultado da evolução (http://www.talkorigins.org/faqs/faq-misconceptions.html#thermo), sendo o processo de seleção natural, ainda por cima, dedutível da equação da segunda lei aplicada a sistemas abertos conectados que não estão em equilíbrio termodinâmico, como seres vivos – somos sistemas abertos por tomar energia do ambiente e não estamos em equilíbrio termodinâmico por usarmos de processos bioquímicos auto-sustentáveis para manter o nível de organização dos nossos corpos, portanto mantendo a vida. Neste sentido, a TE seria ela mesma uma expressão da segunda lei, baseado no princípio do menor esforço realizado pelo processo de seleção natural (http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/464/2099/3055.full).

Como visto, a entropia é um conceito bem ambíguo, não sendo difundido no meio científico na forma simplista que é assumida nos argumentos contra-evolucionistas. Assim como aconteceu na mecânica quântica, os métodos de mecânica estatística explicam muito melhor o que entendemos por entropia do que a termodinâmica “clássica”. Apesar de a segunda lei ser, na prática, inviolável na natureza – da forma como é realmente posta –, a entropia é atualmente definida como uma tendência estatística de determinado sistema sofrer dada mudança instantânea (a tendência provável, num dado instante, de pra onde o sistema “vai”). Pense numa gota de corante pingada num copo d’água: a probabilidade é de que, com o passar do tempo, o corante se difunda cada vez mais na água, tornando este processo termodinamicamente irreversível, dado a alta improbabilidade de se reorganizar as moléculas, ao acaso, novamente numa gota de corante organizada. A probabilidade tende para onde há difusão, neste caso desorganização e equilíbrio num nível de menor energia, caracterizando um aumento de entropia. É claro que existem outras formulações mais intuitivas para entender o processo de difusão, no entanto é evidente que ele respeita a segunda lei, podendo ser compreendido porque as moléculas espalhadas são “mais naturais” do que moléculas “segregadas”: existem muitos mais configurações “espalhadas equivalentes” do que juntas em um canto, por isso é para onde o aumento de entropia aponta, pois a probabilidade pesa muito mais para a difusão destas moléculas do que para sua concentração. Reorganizar estas moléculas de forma ativa requererá um alto nível de informação sobre a posição no tempo e no espaço destas moléculas (imagine só: matematicamente, são necessárias 4 coordenadas num espaço vetorial quadridimensional, 3 de espaço e 1 de tempo, para cada molécula, formando uma matriz “4 x n moléculas”, com vetores para cada instante dum parâmetro temporal discretizado!), de onde surge o conceito da entropia dentro da teoria da informação (http://en.wikipedia.org/wiki/Entropy_%28information_theory%29), já supracitado, no entanto num escopo um tanto diferente do puramente físico e naturalista.

No final das contas, uma coisa que podemos inferir a partir da segunda lei quanto à biologia é que, mais cedo ou mais tarde, um dia a vida cessa de existir. A morte é a maior evidência que temos para provar que a vida respeita a segunda lei da termodinâmica, pois ela representa o equilíbrio termodinâmico a qual todos os seres vivos estão fadados a tenderem, retornando à natureza energia e matéria numa forma de aumento da entropia global, indo para um estado mais simples da organização molecular e a cessação de todos os processos bioquímicos que mantinham a complexidade do corpo em ordem, enquanto vivo. A vida é uma luta constante contra o equilíbrio termodinâmico, e de forma alguma uma violação de seus princípios.

Indo ainda mais além, é certo que a vida cessará não somente nos organismos individuais, mas no universo. É bem evidente que os aumentos locais de entropia não podem ser sustentados para sempre. Mais cedo ou mais tarde, a vida será extinta, como consequência de nosso universo físico ter aversão às reduções de entropia. Neste ponto de vista, ponto pros religiosos e apocalípticos: de fato o juízo final existe. Só que neste caso, estaremos respondendo diante da física, e não do Arrebatador Supremo.

4 comentrios

  1. […] This post was mentioned on Twitter by Thiago , Åsa Dahlström Heuser, Mario Cesar, Eli Vieira, Pedro Almeida and others. Pedro Almeida said: Continuação de ontem, contribuições de @evonauta e @EliVieira: Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica, pt. 2 http://bit.ly/erk8hh […]

  2. Francisco Boni Neto says:

    Muito bom artigo, parabéns Pedrinho 😀

  3. David T. says:

    Excelente artigo. Explica de maneira simplificada a segunda lei, coloca-a na perspectiva adequada e expõe a fraqueza do mito do DI.
    Parabéns.

  4. paulo says:

    Um dia o Mario virou-se para o Luigi e falou:
    Mario: – Você sabia que toda vez que o Yoshi come uma tartaruga azul ele voa?
    Luigi: – Claro, todos sabem disso, trata-se de uma característica bem explicada, pois pelo processo metabólico, ao passar pelo sistema digestivo deste espécime, o casco azul estimula a liberação de um neurotransmissor que faz as asas aparecerem por um breve período, efeito esse que se desfaz tão logo cessem os efeitos da substância.
    Mario: – É, acho que é impossível provar que um Yoshi possa comer um casco azul sem voar, é uma lei da natureza.
    Luigi: – O mesmo com o nosso crescimento quando comemos cogumelos…
    Mario: – É verdade…
    Luigi: – Será que alguém nos criou, para sermos sempre assim..?
    Mario: – Creio que não…senão não existiria o Kopa, nem todos esses seres nos quais temos que pular em cima…ademais, falando mais cientificamente, a existência desse Ser criador não pode ser provada nem observada em nada de nosso mundo…e ele teria que estar adstrito ao que conhecemos, senão, é falso…

    FICA A INDAGAÇÃO: SE O CRIADOR EXISTE ELE REALMENTE TEM QUE SEGUIR À RISCA AS LEIS QUE CRIOU? NÃO LHE É DADO INTERVIR ANOMALAMENTE QUANDO LHE APROUVER?

    QUERO SER ATEU TANTO QUANTO QUERO SER TEÍSTA, MAS NÃO CONSIGO CABRESTAR MINHAS IDÉIAS PRA UM LADO SÓ….respostas?

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