الفكرة الأساسية: القانون الثاني للديناميكا الحرارية يمنع فقط انخفاض إجمالي الإنتروبيا في نظام معزول، والأرض ليست معزولة: ضوء الشمس يتدفق إليها والحرارة تتدفق خارجها، وهذا التدفق يدفع ثمن كل ندفة ثلج وكل شتلة وكل طفل ينمو.
لماذا يطرح الناس هذا السؤال
حجة واحدة ضد التطور تبدو كأنها قادمة مباشرة من الفيزياء. وهي تقول: ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الأشياء تصبح دائماً أكثر فوضى مع الزمن. ويقول التطور إن الكائنات الحية صارت أعقد وأكثر تنظيماً مع الزمن. إذن لا بد أن التطور يخرق قانوناً من قوانين الفيزياء.
تستحق الحجة أن تؤخذ بجدية، لأن القانون الثاني من أكثر القواعد موثوقية في العلم كله. لكن الحجة تنقل القانون نقلاً خاطئاً. وحين نصوغ القانون كما يستعمله الفيزيائيون فعلاً، تختفي المشكلة.
ماذا يقول القانون الثاني فعلاً
صاغ الفيزيائي الألماني رودولف كلاوزيوس كلمة «الإنتروبيا» عام 1865. وفي العمل نفسه لخّص الفكرة في سطر شهير: إنتروبيا الكون تميل إلى حدها الأقصى.
كثيراً ما تُوصف الإنتروبيا بأنها «الفوضى». وهذا اختصار مفيد، لكن الصورة الأدق هي أن الإنتروبيا تقيس مدى انتشار الطاقة، أو عدد الطرق المختلفة التي يمكن بها ترتيب أجزاء النظام. الطاقة تنتشر طبيعياً. فكوب الشاي الساخن يبرد. وقطرة الحبر تنتشر في كأس ماء. ولا ترى العكس يحدث من تلقاء نفسه.
التفصيل المهم هو أين ينطبق القانون. يصنّف الفيزيائيون الأنظمة إلى ثلاثة أنواع:
| نوع النظام | ما الذي يمكن أن يعبر حدوده | مثال |
|---|---|---|
| معزول | لا شيء: لا طاقة ولا مادة | صندوق محكم الإغلاق ومعزول تماماً (مثال مثالي لا يمكن إلا الاقتراب منه) |
| مغلق | الطاقة، لا المادة | جرة ماء مغلقة تسخن في ضوء الشمس |
| مفتوح | الطاقة والمادة معاً | نبات، حيوان، مدينة، سطح كوكب |
ينص القانون الثاني على أن إجمالي إنتروبيا نظام معزول لا ينقص أبداً. ولا ينص على أن الإنتروبيا لا يمكن أن تنقص في أي مكان. ففي نظام مفتوح أو مغلق، يمكن أن تنقص الإنتروبيا في مكان، ما دامت ترتفع بمقدار أكبر في مكان آخر.
يمكنك أن ترى هذا كل يوم. فالثلاجة تجعل داخلها أبرد وأكثر انتظاماً. وهي لا تخرق القانون الثاني، لأنها موصولة بالجدار وتضخ حرارة أكثر من ظهرها إلى مطبخك. افصلها عن الكهرباء، فيسخن داخلها ببطء.
الأرض ليست صندوقاً مغلقاً
والآن اطرح السؤال المهم. هل الأرض نظام معزول؟
لا. فالأرض تستحم في ضوء الشمس كل ثانية. ووفقاً لوكالة ناسا، فإن الطاقة التي تتلقاها الأرض من الشمس تتوازن مع مقدار مساوٍ من الطاقة يشع عائداً إلى الفضاء في صورة حرارة الأشعة تحت الحمراء. طاقة تدخل، وطاقة تخرج.
لكن الطاقة التي تغادر ليست من النوع نفسه كالطاقة التي تصل. فضوء الشمس يأتي من سطح الشمس، الذي تقدّره ناسا بنحو 5,500 درجة مئوية. أما الحرارة التي ترسلها الأرض إلى الفضاء فتغادر بدرجة حرارة أقل بكثير. ومن الفضاء، كما تقول ناسا، تبلغ درجة حرارة الأرض الفعلية نحو -20 درجة مئوية.
وهذا الفرق مهم. فالمقدار نفسه من الطاقة يحمل إنتروبيا أكبر بكثير حين يغادر حرارةً منخفضة الحرارة مما حين يصل ضوء شمس مرتفع الحرارة. فكل يوم تأخذ الأرض الطاقة في صورة مركّزة مفيدة، وتطرحها في صورة منتشرة أقل فائدة. وفي هذه العملية ترسل الأرض كمية هائلة من الإنتروبيا إلى الفضاء.
وهذا التدفق المستمر يشبه الكهرباء التي تشغّل الثلاجة. فهو يترك مجالاً واسعاً لتراكم النظام في بعض أماكن الأرض، بينما يواصل إجمالي إنتروبيا الشمس والأرض والفضاء الارتفاع.
أمثلة يومية على ازدياد النظام
لو لم يكن بإمكان النظام المحلي أن يزداد أبداً، لاستحال كثير من الأشياء العادية. وإليك ثلاثة أمثلة.
ندف الثلج
في عام 1611 كتب الفلكي يوهانس كيبلر مقالاً قصيراً بعنوان The Six-Cornered Snowflake. أراد أن يعرف لماذا تكون بلورات الثلج دائماً سداسية الأضلاع. وفي يناير 1885 صار مزارع شاب اسمه ويلسون بنتلي، من جيريكو في ولاية فيرمونت، أول شخص يصوّر بلورة ثلج واحدة. وصوّر في حياته آلافاً منها.
ندفة الثلج منظمة تنظيماً جميلاً. فجزيئات الماء، التي كانت تتحرك بحرية في الهواء بخاراً، تنغلق في نمط سداسي مرتب. فهل يخرق ذلك القانون الثاني؟ لا. فحين يتجمد الماء يطلق حرارة إلى الهواء المحيط. وهذه الحرارة ترفع إنتروبيا الهواء بمقدار أكبر مما تخفضه البلورة في نفسها. فيظل المجموع يرتفع. ولا أحد يصمم كل ندفة. إنما الفيزياء العادية، مع تدفق الحرارة إلى الخارج، هي التي تنتج النمط.
طفل ينمو
بدأ كل إنسان خلية بيضة مخصبة واحدة. وبعد نحو تسعة أشهر تصبح تلك الخلية طفلاً مكوناً من تريليونات الخلايا، مرتبة في قلب نابض ورئتين عاملتين ودماغ.
وهذه زيادة هائلة في النظام المحلي. وهي تحدث ملايين المرات في السنة، ولا أحد يظن أنها تخرق الفيزياء. والسبب بسيط. فالطفل النامي نظام مفتوح. إنه يأخذ الطاقة ومواد البناء من الطعام، عبر أمه، ويطلق الحرارة والفضلات. والنظام داخل الجسم يُدفع ثمنه بزيادة أكبر في الإنتروبيا خارجه.
ولو كان القانون الثاني يعني حقاً «النظام لا يمكن أن يزداد أبداً»، لاستحال نمو كل طفل. والحجة التي تثبت أكثر مما ينبغي لا تثبت شيئاً.
بذرة تصبح شجرة
يأخذ النبات ثاني أكسيد الكربون من الهواء والماء من التربة. وباستعمال ضوء الشمس، يبني هذه الجزيئات البسيطة سكريات وخشباً وأوراقاً وبذوراً. وتسمى هذه العملية التمثيل الضوئي. إنها تحول مكونات منتشرة إلى تراكيب شديدة التنظيم، وتعمل مباشرة بطاقة الشمس. ومن هنا تبدأ تقريباً كل سلسلة غذائية على الأرض.
فكيف يتفق التطور مع هذا؟
التطور يحدث للكائنات الحية، والكائنات الحية أنظمة مفتوحة. فالنباتات تلتقط ضوء الشمس. والحيوانات تأكل النباتات، أو تأكل حيوانات أكلت النباتات. وكل كائن حي يطلق حرارة وهو يعيش.
وعبر أجيال كثيرة، يُبقي الانتقاء الطبيعي على التنوعات الموروثة التي تساعد الكائنات على البقاء والتكاثر. ويأتي التنوع الجديد من الطفرة. ولا تحتاج أي من العمليتين إلى أن تنقص الإنتروبيا في المجموع. فهما تحتاجان فقط إلى أن تواصل الكائنات الحية استعمال الطاقة، وهي تفعل ذلك دائماً.
وفي عام 2008 أجرى الفيزيائي دانيال ستاير من كلية أوبرلين حساباً تقريبياً في American Journal of Physics. فقدّر مقدار ما يجب أن تنقصه إنتروبيا الكائنات الحية لتفسير التطور، وقارنه بالإنتروبيا التي ترسلها الأرض إلى الفضاء بسبب ضوء الشمس. وتبيّن أن النقص المطلوب في الإنتروبيا للتطور ضئيل جداً بالمقارنة. وكانت خلاصته أنه لا يوجد تعارض بين التطور والقانون الثاني.
«لكن الطاقة الخام تدمّر الأشياء»
قد يعترض قارئ دقيق. فضوء الشمس يبهّت الطلاء ويشقق إطارات السيارات. والطاقة وحدها لا تبني شيئاً. أفلا يعيد ذلك المشكلة إلى مكانها؟
هذه نقطة وجيهة، وهي صحيحة بنصفها. فالطاقة وحدها لا تكفي. فأنت تحتاج أيضاً إلى طريقة لالتقاطها واستعمالها. والنار تطلق الطاقة لكنها لا تبني شيئاً. أما النبات، بآلية التمثيل الضوئي لديه، فيستعمل ضوء الشمس نفسه لينمو.
ولهذا فالتطور ليس مجرد «طاقة زائد زمن». إنه طاقة زائد عملية: كائنات حية تتكاثر، وذرية تتنوع، وبيئة تصفّي أي المتغايرات تنتشر. وهذه هي المكونات الموصوفة في ما التطور. فالإمداد بالطاقة يجعل العملية ممكنة فيزيائياً. أما التكاثر والتنوع والانتقاء فهي التي تقوم بالبناء.
إذن القانون الثاني ليس هو العقبة. فالأسئلة العلمية الحقيقية تتعلق بالآلية، وتجيب عنها علوم الأحياء، لا قراءة خاطئة للفيزياء.
وماذا عن أصل الحياة؟
أحياناً توجَّه حجة الديناميكا الحرارية إلى أول خلية حية بدل أن توجَّه إلى التطور. وهذا سؤال منفصل. فالفيزياء نفسها تنطبق، لأن للأرض المبكرة ضوء شمس وحرارة بركانية وطاقة كيميائية أيضاً. لكن كيف نشأ أول نظام ينسخ نفسه ما زال سؤالاً بحثياً مفتوحاً، تتناوله صفحة مستقلة: هل يفسّر التطور أصل الحياة؟
أفضل جواب في جملة واحدة
إذا أردت جواباً قصيراً دقيقاً، فاستعمل هذا:
«ينص القانون الثاني على أن إجمالي الإنتروبيا لا ينقص في نظام معزول، لكن الأرض تتلقى ضوء الشمس باستمرار وتطلق الحرارة، فيمكن للكائنات الحية أن تبني النظام بينما يظل إجمالي الإنتروبيا يرتفع».
وهذه الجملة تطابق الطريقة التي يصوغ بها الفيزيائيون القانون فعلاً.
إلى أين تذهب بعد ذلك
لترى كيف يتراكم النظام في الجماعات الحيوية، اقرأ الانتقاء الطبيعي. وللاطلاع على المكونات الأساسية للتطور، اقرأ ما التطور. وللمزيد من الاعتراضات من هذا النوع، ارجع إلى مفاهيم خاطئة شائعة.