मुख्य विचार: ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम सिर्फ़ विलगित तंत्र में कुल एंट्रॉपी के गिरने को मना करता है, और पृथ्वी विलगित नहीं है: सूर्य-प्रकाश अंदर आता है, गर्मी बाहर जाती है, और यही बहाव हर हिमकण, अंकुर और बढ़ते बच्चे की कीमत चुकाता है।
लोग यह सवाल क्यों पूछते हैं
विकास के खिलाफ़ एक तर्क ऐसा लगता है जैसे सीधे भौतिकी से आया हो। वह यह है। ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम कहता है कि चीज़ें समय के साथ हमेशा ज़्यादा अव्यवस्थित होती जाती हैं। विकास कहता है कि जीव समय के साथ ज़्यादा जटिल और संगठित हुए। तो विकास को भौतिकी का कोई नियम तोड़ना ही पड़ेगा।
यह तर्क गंभीरता से लेने लायक है, क्योंकि दूसरा नियम पूरे विज्ञान के सबसे भरोसेमंद नियमों में से एक है। लेकिन यह तर्क नियम को गलत ढंग से उद्धृत करता है। जैसे ही आप नियम को वैसे कहते हैं जैसे भौतिक विज्ञानी उसे असल में इस्तेमाल करते हैं, समस्या गायब हो जाती है।
दूसरा नियम असल में क्या कहता है
“एंट्रॉपी” (entropy) शब्द 1865 में जर्मन भौतिक विज्ञानी रूडोल्फ़ क्लाउज़ियस ने गढ़ा। उसी कृति में उन्होंने इस विचार को एक मशहूर पंक्ति में समेटा: ब्रह्मांड की एंट्रॉपी अधिकतम की ओर बढ़ने की प्रवृत्ति रखती है।
एंट्रॉपी को अक्सर “अव्यवस्था” कहा जाता है। यह एक सुविधाजनक शॉर्टकट है, पर ज़्यादा सटीक तस्वीर यह है: एंट्रॉपी मापती है कि ऊर्जा कितनी फैली हुई है, या किसी तंत्र के हिस्सों को कितने अलग-अलग तरीकों से सजाया जा सकता है। ऊर्जा स्वाभाविक रूप से फैलती है। गर्म चाय का कप ठंडा हो जाता है। स्याही की एक बूँद पानी के गिलास में फैल जाती है। आप उलटा कभी अपने आप होते नहीं देखते।
असली बात यह है कि नियम कहाँ लागू होता है। भौतिक विज्ञानी तंत्रों को तीन तरह का मानते हैं:
| तंत्र का प्रकार | उसकी सीमा के पार क्या जा सकता है | उदाहरण |
|---|---|---|
| विलगित (Isolated) | कुछ नहीं: न ऊर्जा, न पदार्थ | पूरी तरह बंद और ऊष्मारोधी डिब्बा (एक आदर्श जिसके बस करीब ही पहुँचा जा सकता है) |
| बंद (Closed) | ऊर्जा, पर पदार्थ नहीं | धूप में गर्म होता पानी का एक बंद जार |
| खुला (Open) | ऊर्जा और पदार्थ दोनों | एक पौधा, एक जानवर, एक शहर, किसी ग्रह की सतह |
दूसरा नियम कहता है कि विलगित तंत्र की कुल एंट्रॉपी कभी नहीं घटती। वह यह नहीं कहता कि एंट्रॉपी कहीं भी कभी नहीं घट सकती। खुले या बंद तंत्र में, एंट्रॉपी एक जगह घट सकती है, बशर्ते वह कहीं और उससे बड़ी मात्रा में बढ़े।
आप इसे रोज़ देख सकते हैं। रेफ़्रिजरेटर अपने अंदर को ठंडा और ज़्यादा व्यवस्थित बनाता है। वह दूसरा नियम नहीं तोड़ता, क्योंकि वह दीवार के सॉकेट में लगा है और पीछे से और भी ज़्यादा गर्मी आपकी रसोई में पंप करता है। प्लग निकाल दीजिए, तो अंदर धीरे-धीरे गर्म हो जाता है।
पृथ्वी कोई सीलबंद डिब्बा नहीं है
अब वह अहम सवाल पूछिए। क्या पृथ्वी विलगित तंत्र है?
नहीं। पृथ्वी हर सेकंड सूर्य-प्रकाश में नहाती है। NASA के अनुसार, पृथ्वी को सूर्य से मिलने वाली ऊर्जा उतनी ही ऊर्जा से संतुलित होती है जो अवरक्त गर्मी के रूप में वापस अंतरिक्ष में विकीर्ण होती है। ऊर्जा अंदर, ऊर्जा बाहर।
लेकिन जो ऊर्जा बाहर जाती है, वह उसी तरह की नहीं होती जो अंदर आती है। सूर्य-प्रकाश सूर्य की सतह से आता है, जिसे NASA लगभग 5,500 °C बताता है। पृथ्वी जो गर्मी अंतरिक्ष में भेजती है वह कहीं कम तापमान पर निकलती है। अंतरिक्ष से देखने पर, NASA के अनुसार, पृथ्वी का प्रभावी तापमान लगभग -20 °C है।
यह अंतर मायने रखता है। उतनी ही ऊर्जा जब कम-तापमान वाली गर्मी के रूप में निकलती है, तो वह उच्च-तापमान वाले सूर्य-प्रकाश के रूप में आने की तुलना में कहीं ज़्यादा एंट्रॉपी ले जाती है। इसलिए हर दिन पृथ्वी ऊर्जा को केंद्रित, उपयोगी रूप में लेती है और फैले हुए, कम उपयोगी रूप में फेंक देती है। इस प्रक्रिया में, पृथ्वी बहुत बड़ी मात्रा में एंट्रॉपी अंतरिक्ष में भेज देती है।
यह लगातार बहाव उस बिजली जैसा है जो रेफ़्रिजरेटर चलाती है। वह पृथ्वी की कुछ जगहों पर व्यवस्था बनने की भरपूर गुंजाइश छोड़ता है, जबकि सूर्य, पृथ्वी और अंतरिक्ष की कुल एंट्रॉपी बढ़ती रहती है।
व्यवस्था बढ़ने के रोज़मर्रा के उदाहरण
अगर स्थानीय व्यवस्था कभी बढ़ ही न सकती, तो बहुत-सी आम चीज़ें असंभव होतीं। यहाँ तीन हैं।
हिमकण (Snowflakes)
1611 में खगोलशास्त्री योहानेस केप्लर ने The Six-Cornered Snowflake नाम का एक छोटा निबंध लिखा। वे जानना चाहते थे कि बर्फ़ के क्रिस्टल हमेशा छह-भुजाओं वाले क्यों होते हैं। जनवरी 1885 में, वरमॉन्ट के जेरिको के एक युवा किसान विल्सन बेंटले एक अकेले बर्फ़ के क्रिस्टल की तस्वीर खींचने वाले पहले व्यक्ति बने। अपने जीवन में उन्होंने हज़ारों की तस्वीरें खींचीं।
हिमकण खूबसूरती से व्यवस्थित होता है। पानी के अणु, जो कभी हवा में भाप के रूप में आज़ादी से घूम रहे थे, एक साफ़ छह-भुजा वाले पैटर्न में जम जाते हैं। क्या यह दूसरा नियम तोड़ता है? नहीं। जब पानी जमता है, तो वह आसपास की हवा में गर्मी छोड़ता है। वह गर्मी हवा की एंट्रॉपी को उससे ज़्यादा बढ़ाती है जितना क्रिस्टल अपनी घटाता है। कुल फिर भी बढ़ती है। हर हिमकण को कोई डिज़ाइन नहीं करता। साधारण भौतिकी, गर्मी के बाहर बहने के साथ, यह पैटर्न बनाती है।
एक बढ़ता शिशु
हर इंसान एक अकेली निषेचित अंडा-कोशिका के रूप में शुरू हुआ। लगभग नौ महीने बाद, वह कोशिका खरबों कोशिकाओं से बना एक शिशु बन चुकी होती है, जो एक धड़कते दिल, काम करते फेफड़ों और एक मस्तिष्क में सजी होती हैं।
यह स्थानीय व्यवस्था में एक विशाल बढ़ोतरी है। यह साल में लाखों बार होता है, और कोई नहीं सोचता कि यह भौतिकी तोड़ता है। कारण सीधा है। बढ़ता शिशु एक खुला तंत्र है। वह भोजन से, माँ के ज़रिए, ऊर्जा और निर्माण-सामग्री लेता है, और गर्मी तथा अपशिष्ट छोड़ता है। शरीर के अंदर की व्यवस्था की कीमत बाहर एंट्रॉपी की एक बड़ी बढ़ोतरी से चुकाई जाती है।
अगर दूसरे नियम का सचमुच मतलब “व्यवस्था कभी नहीं बढ़ सकती” होता, तो हर बच्चे का बढ़ना असंभव होता। जो तर्क ज़रूरत से ज़्यादा साबित कर दे, वह कुछ साबित नहीं करता।
बीज का पेड़ बनना
पौधा हवा से कार्बन डाइऑक्साइड और मिट्टी से पानी लेता है। सूर्य-प्रकाश की मदद से वह उन सरल अणुओं को शर्कराओं, लकड़ी, पत्तियों और बीजों में बना देता है। इस प्रक्रिया को प्रकाश-संश्लेषण (photosynthesis) कहते हैं। यह फैली हुई सामग्री को अत्यधिक संगठित संरचनाओं में बदल देता है, और यह सीधे सूर्य की ऊर्जा पर चलता है। पृथ्वी की लगभग हर खाद्य शृंखला यहीं से शुरू होती है।
तो विकास कहाँ फ़िट बैठता है?
विकास जीवों के साथ होता है, और जीव खुले तंत्र हैं। पौधे सूर्य-प्रकाश पकड़ते हैं। जानवर पौधे खाते हैं, या उन जानवरों को खाते हैं जिन्होंने पौधे खाए। हर जीव जीते हुए गर्मी छोड़ता है।
कई पीढ़ियों में, प्राकृतिक चयन उन विरासत में मिली भिन्नताओं को रखता है जो जीवों को जीवित रहने और प्रजनन करने में मदद करती हैं। नई भिन्नता म्यूटेशन से आती है। इनमें से किसी भी प्रक्रिया को कुल मिलाकर एंट्रॉपी गिरने की ज़रूरत नहीं। उन्हें बस इतना चाहिए कि जीव ऊर्जा इस्तेमाल करते रहें, जो वे हमेशा करते हैं।
2008 में ओबरलिन कॉलेज (Oberlin College) के भौतिक विज्ञानी डैनियल स्टायर ने American Journal of Physics में एक मोटी गणना की। उन्होंने अनुमान लगाया कि विकास की व्याख्या के लिए जीवों की एंट्रॉपी को कितना गिरना पड़ेगा, और उसकी तुलना उस एंट्रॉपी से की जो पृथ्वी सूर्य-प्रकाश की वजह से अंतरिक्ष में भेजती है। विकास के लिए ज़रूरी एंट्रॉपी की घटोतरी उसके मुकाबले नगण्य निकली। उनका निष्कर्ष था कि विकास और दूसरे नियम के बीच कोई टकराव नहीं है।
“लेकिन कच्ची ऊर्जा चीज़ों को नष्ट करती है”
एक सावधान पाठक आपत्ति उठा सकता है। सूर्य-प्रकाश रंग फीका करता है और कार के टायर फाड़ देता है। अकेली ऊर्जा कुछ नहीं बनाती। क्या यह समस्या को वापस नहीं ले आता?
यह एक जायज़ बात है, और आधी सही है। अकेली ऊर्जा काफ़ी नहीं है। आपको उसे पकड़ने और इस्तेमाल करने का तरीका भी चाहिए। आग ऊर्जा छोड़ती है पर कुछ बनाती नहीं। पौधा, अपनी प्रकाश-संश्लेषण की मशीनरी के साथ, उसी सूर्य-प्रकाश से बढ़ता है।
इसीलिए विकास सिर्फ़ “ऊर्जा और समय” नहीं है। वह ऊर्जा और एक प्रक्रिया है: प्रजनन करते जीव, भिन्न होती संतानें, और एक वातावरण जो छाँटता है कि कौन-से रूप फैलें। ये वे सामग्रियाँ हैं जो विकास क्या है? में बताई गई हैं। ऊर्जा आपूर्ति प्रक्रिया को भौतिक रूप से संभव बनाती है। प्रजनन, भिन्नता और चयन निर्माण करते हैं।
तो दूसरा नियम बाधा नहीं है। असली वैज्ञानिक सवाल क्रियाविधि के बारे में हैं, और उनके जवाब जीवविज्ञान देता है, भौतिकी की किसी गलत समझ से नहीं।
जीवन की उत्पत्ति के बारे में क्या?
कभी-कभी ऊष्मागतिकी का तर्क विकास पर नहीं, बल्कि सबसे पहली जीवित कोशिका पर साधा जाता है। वह एक अलग सवाल है। वही भौतिकी लागू होती है, क्योंकि शुरुआती पृथ्वी पर भी सूर्य-प्रकाश, ज्वालामुखीय गर्मी और रासायनिक ऊर्जा थी। पर पहली खुद को दोहराने वाली व्यवस्था कैसे बनी, यह अब भी एक खुला शोध सवाल है, जिसे उसके अपने पेज पर समझाया गया है: क्या विकास जीवन की उत्पत्ति को समझाता है?
सबसे अच्छा एक-वाक्य का जवाब
अगर आप एक सावधान छोटा जवाब चाहते हैं, तो यह इस्तेमाल करें:
“दूसरा नियम कहता है कि विलगित तंत्र में कुल एंट्रॉपी गिर नहीं सकती, लेकिन पृथ्वी लगातार सूर्य-प्रकाश लेती है और गर्मी छोड़ती है, इसलिए जीव व्यवस्था बना सकते हैं जबकि कुल एंट्रॉपी फिर भी बढ़ती है।”
यह वाक्य उससे मेल खाता है जैसे भौतिक विज्ञानी नियम को असल में कहते हैं।
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यह देखने के लिए कि आबादियों में व्यवस्था कैसे बनती है, प्राकृतिक चयन पढ़ें। विकास की मूल सामग्रियों के लिए विकास क्या है? पढ़ें। ऐसी और आपत्तियों के लिए आम भ्रांतियाँ पर लौट जाएँ।