O Criacionismo e a Segunda Lei da Termodinámica

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O Criacionismo e a Segunda Lei da Termodinámica
IMPRECISÕES DA DEFESA CRIACIONISTA BASEADA NA 2ª LEI DA TERMODINÂMICA.
Mário Porto
Prólogo
Este artigo foi escrito após insistentes solicitações de um membro do Institute for Creation Researsh (ICR), que se
identificava representante do Instituto no Brasil, para que eu comentasse alguns artigos por ele enviados e que
defendiam a impossibilidade da validação da teoria da Evolução por esta violar o 2º Princípio da Termodinâmica. Após
algumas trocas de e-mails e a percepção de que a estratégia dos criacionistas era levar esse tipo de debate para o
grande público tendo em vista a indiferença da comunidade científica ao chamado criacionismo científico, resolvi transferir
a responsabilidade pelo debate à Comissão de Biologia do Fórum Cético Brasileiro (FCB) que iria avaliar a conveniência
da continuação do debate em caráter institucional. Assim foi feito o "upload" do material preparado sobre o assunto e
deixada a condução dos debates, se ocorressem, ao FCB.
Entre as razões desta transferência estava o fato de que alguns aspectos mais profundos de biologia, para os quais
estava caminhando a discussão fugiam do meu campo, mais aprofundado de conhecimento o que não me permitiria uma
discussão com alguém que se intitulava PhD.
Foi um ledo engano que esta mudança satisfaria aos criacionistas. Ávidos pelas luzes dos holofotes os criacionista
voltaram à carga apresentando uma crítica escrita ao artigo, aparentemente encomendada a um crítico "neutro",
solicitando autorização para inserirem o nosso artigo na página do site da SCB - Sociedade Criacionista Brasileira,
juntamente com a crítica "neutra".
Em virtude de algumas colocações que escapam ao tom de cortesia que deve existir nesses debates, sou obrigado a
inserir neste artigo além deste prólogo, cinco notas no correr do texto para comentar algumas das observações do nosso
crítico "neutro".
Pedimos desculpas aos nossos leitores pois lendo esse artigo só terão conhecimento daquelas críticas que decidimos
responder e foram assim inseridas nas notas de rodapé. Quem desejar ler a critica a esse artigo, em sua íntegra, terá
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que se dirigir aos sites criacionistas pois nenhum site ligado ao FCB apresentará argumentações criacionistas em suas
páginas, mesmo porque a crítica é de tamanho maior do que o dobro do artigo original.
No presente trabalho existe uma referenciamento grande ao capítulo 13 do livro Science And Earth History - The
Evolution/Creation Controversy de Arthur N Strahler, Prometheus Books, Buffalo, NY, incluindo algumas paráfrases
traduzidas do livro que foram entremeadas no texto.
1. INTRODUÇÃO
Desde a criação do Institute for Creation Research (ICR), em 1972 por Henry Morris, nos Estados Unidos, a segunda lei
da termodinâmica tem sido transformada em vilã traduzindo os efeitos do castigo divino infligido aos homens por Deus,
como punição pelo chamado pecado original de Adão e Eva. Através de um volumoso trabalho escrito, o IRC, a mais
efetiva de todas as organização criacionistas ativas ou não, tem conseguido influenciar platéias, conselhos municipais e
autoridades americanas ao ponto de colocar em discussão o ensino da teoria da evolução em escolas do estado.
Tudo isto se deve ao caráter não intuitivo da termodinâmica e à interpretação distorcida de seus conceitos que não são de
entendimento fácil a uma primeira leitura. Sobre isto é conveniente relatar um pequeno trecho da história da
termodinâmica envolvendo exatamente um de seus criadores, Nicolas Leonard Sadi Carnot.
Sadi Carnot, um brilhante e jovem engenheiro francês, descreveu em 1824 em um artigo intitulado "Sur la Puissance
motrice du feu", antes mesmo da primeira lei da termodinâmica estar firmemente estabelecida, uma máquina térmica
ideal, operando em um ciclo especial. Este ciclo como sabemos, veio a tomar o seu nome, Ciclo de Carnot.
Ao descrever e explicar o funcionamento desta máquina ideal, Carnot fez uso de três termos: feu, chaleur e calorique .
Por feu , ele quis significar fogo ou chama e não há problema conceitual quando a tradução é realizada com esse
sentido.
Entretanto, Carnot não forneceu a definição para seus termos chaleur e calorique , mas em um rodapé afirmou que eles
significavam a mesma coisa. Foi por onde os problemas começaram. Se ambas as palavras forem traduzidas como calor,
então Carnot raciocinou contra a primeira lei da termodinâmica. Existem, no entanto, algumas evidências de que, apesar
da infeliz nota de rodapé, Carnot não dava o mesmo sentido para chaleur e calorique . Carnot usava chaleur quando se
referia a calor em geral, mas quando se referia ao poder motriz que surge quando quando o calor entra em um sistema
a uma alta temperatura e sai a uma temperatura mais baixa ele usava a expressão chute de calorique , nunca chute de
chaleur .
Na opinião de alguns cientistas Carnot já tinha em sua mente o conceito de entropia para o qual reservara o termo
calorique . Isto parece inacreditável e se a expressão chute de calorique for traduzida por queda de entropia,
caracteriza-se a notável circunstância de que todas as objeções levantadas ao trabalho de Carnot por Kelvin, Clapeyron,
Clausius e outros, se tornam completamente sem sentido. A despeito das possíveis interpretações erradas nas traduções,
Kelvin reconheceu a importância das idéias de Carnot e as colocou na forma em que se apresentam hoje. Como vemos,
a termodinâmica nasceu convivendo com interpretações truncadas e até hoje se presta, pelas razões que mostraremos
neste artigo, a dar guarida a teorias que se utilizam dela demonstrando ignorância de seus conceitos ou até mesmo má
fé.
A termodinâmica clássica é usualmente apresentada em termos de sistemas fechados, um tipo de sistema bastante
diferente dos sistemas celulares orgânicos que são sistemas abertos. De uma maneira geral podemos classificar os
sistemas da seguinte maneira:
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1 - Sistemas Isolados regulados pela ciência formal (lógica e matemática); nem matéria nem energia podem ser
transportadas através de seus limites;
2 - Sistemas Abertos e Fechados regulados pela ciência empírica e identificáveis na natureza. Podem ser de dois
tipos:
A . Sistemas abertos nos quais matéria ou energia ou ambos podem ser transportados através de seus limites.
(exemplos: célula viva, tempestade, bacias hidrográficas)
B . Sistemas fechados nos quais a matéria não pode ser transportada através de seus limites, mas a matéria contida
pode ser afetada por fontes externas de energia. (exemplos: refrigerador ou condicionador)
[1] Os sistemas isolados, tipicamente, apresentados pela termodinâmica são irreais em vários aspectos. São
normalmente representados por um cilindro em que as paredes são perfeitamente isoladas (impossível) contendo um
pistão que se move sem atrito por essas paredes (impossível) e nos quais o movimento do pistão e as mudanças na
pressão e temperatura do gás internamente contido se dão numa taxa que se aproxima de zero (impossível). Para fazer
com que essa "máquina impossível" produza algum trabalho, calor é injetado no cilindro ou removido de alguma
maneira, ou um peso tem que ser colocado na cabeça do pistão (ou removido daquela posição); ora, essas operações são
proibidas pela premissa básica de ser o sistema um sistema isolado. Não se admira que a pessoa comum tenha tanta
dificuldade ou considere quase impossível entender as leis da termodinâmica baseadas em tal engenho.
2. AS LEIS DA TERMODINÂMICA
A Primeira Lei da Termodinâmica pode ser conceituada de várias maneiras. Em termos clássicos ela diz o seguinte:
A quantidade de calor adicionada a um sistema isolado é sempre igual ao aumento de energia dentro do sistema. Se
lhe incomoda o fato de não ser permitido adicionar energia a um sistema isolado aceite o seguinte enunciado: A
quantidade total de energia dentro de um sistema fechado permanece constante. A mensagem importante é que a
energia não pode nem ser criada nem destruída; [2] assim a primeira lei é uma maneira de conceituar o princípio da
conservação da energia. Agora, o único sistema que podemos conceber como isolado é, propriamente, o universo como
um todo, desde que o universo seja finito. Esta questão nos indica outra maneira de enunciar a primeira lei: O balanço de
energia do universo é constante.
Para levarmos em conta o fato de que a matéria pode se transformar em energia e vice-versa em fenômenos tais como o
decaimento radioativo e interações matéria/antimatéria, o enunciado da primeira lei precisa ser mais abrangente, assim;
A quantidade total de energia e matéria existente no universo é constante. Assim enunciada a lei é normalmente
conhecida como lei da conservação da energia e da matéria. Todos, incluindo os criacionistas e o bloco principal dos
cientistas podem conviver com esta definição que é universalmente aceita. Infelizmente, a primeira lei não ajuda em nada
ao entendimento da Segunda lei.
A Segunda Lei da Termodinâmica no seu sentido mais amplo estabelece a condição de que os processos se realizam em
uma certa direção e não na direção oposta, restrição que não é imposta pela primeira lei.
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Entramos então no mais difícil conceito na termodinâmica. O termo Entropia , um conceito matemático relacionado com
as leis da probabilidade [3] cujo entendimento podemos melhor administrar se o relacionarmos com ordem e desordem .
A probabilidade tal como usada na termodinâmica, significa a probabilidade de que alguma mudança específica ocorra. A
probabilidade na termodinâmica é intimamente ligada ao conceito de irreversibilidade . Uma mudança física ou química
irreversível é uma mudança que não se reverterá espontaneamente sem alguma alteração na vizinhança. As mudanças
irreversíveis possuem um alto grau de probabilidade.
Quando dizemos que uma mudança é irreversível ( no sentido termodinâmico) apenas significa que muito provavelmente a
mudança não se reverterá espontaneamente sem alguma alteração nas condições da vizinhança. Não significa que ela não
possa ser revertida. É importante notar que uma mudança que possua um alto grau de probabilidade sobre certas condições
pode possuir um baixíssimo grau de probabilidade sob outras condições.
Falhas no sentido do entendimento de que as probabilidades termodinâmicas não são entidades fixas, tem conduzido a
interpretações errôneas e a divulgação, totalmente falsa, da crença de que a segunda lei não permite que a ordem surja
espontaneamente da desordem. Na verdade existem muitos exemplos na natureza em que a ordem surge
espontaneamente da desordem: A formação de flocos de neve que detalharemos posteriormente é um deles. Sais com
planos cristalinos perfeitamente simétricos formados quando a água evapora-se espontaneamente de uma solução.
Sementes desabrochando em flores e ovos desenvolvendo pintos.
A termodinâmica é uma ciência exata, baseada em um número limitado de conceitos matemáticos. Não pode ser
explicada à luz de metáforas qualitativas. De maneira a entender as relações entre a probabilidade e a segunda lei, o
leitor deve estar familiarizado com as relações entre probabilidade e entropia. Entropia é uma entidade definida
matematicamente, e é a base fundamental da segunda lei da termodinâmica e de todas as suas ramificações físicas,
químicas ou de engenharia.
A Entropia é uma medida da indisponibilidade de energia em um sistema isolado. Podemos simplesmente dizer que
quanto maior a desordem de um sistema, maior é a sua entropia. Esta relação nos permite estabelecer um enunciado
para a 2ª Lei " Quando um sistema contendo uma grande quantidade de partículas e deixado ao seu próprio controle, ele
assume um estado de máxima entropia, isto é, torna-se o mais desordenado possível. "
Este estado é denominado estado de equilíbrio , que é a condição estável final. A Entropia do sistema aumenta com o
aumento da temperatura absoluta do sistema. Isto significa que o sistema é mais desordenado a altas temperaturas.
Também significa que se a temperatura diminui, a entropia diminui e ao mesmo tempo o sistema fica mais ordenado.
Quando o sistema fica perfeitamente ordenado não é possível continuar o processo alcançando-se a temperatura do zero
absoluto. Esta condição conduz à Terceira Lei da Termodinâmica ; " Um sistema em equilíbrio, no zero absoluto de
temperatura, está no estado de perfeita ordem e tem entropia zero ."
Podemos dizer que se um sistema te a capacidade de passar para um estado de maior entropia alcançando seu estado
de equilíbrio ele tem ao início do processo uma deficiência de entropia. Definimos a deficiência de entropia como a
diferença entre a capacidade de entropia do sistema e a quantidade de entropia que ele sustenta esta deficiência é
também denominada negentropia ( significando entropia negativa). Este é um conceito mais fácil de ser entendido do
que a própria entropia e se tivesse sido mais largamente difundido evitaria muitas confusões e má interpretações causada
pelo não entendimento do conceito de entropia. Então, a negentropia é definida como uma medida da ordem, falta de
equilíbrio e disponibilidade da energia para realizar trabalho. Fundamentalmente a negentropia é uma medida da
improbabilidade de um sistema estar em um determinado estado.
A deficiência de entropia ou negentropia tem uma importância enorme nos sistemas abertos sejam eles biológicos ou
físicos porque estes sistemas possuem mecanismos para criarem deficiências de entropia e mantê-las. O conceito de
armazenamento de energia química em sistemas biológicos abertos é idêntico ao conceito de deficiência de entropia.
Ter este conceito em mente provará ser muito útil na análise dos argumentos criacionistas relacionados com
sistemas abertos.
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O único sistema verdadeiramente isolado e fisicamente possível é o universo inteiro (se for finito). Quando ele se
originou supomos que a ordem era elevada e a entropia baixa, mas com uma enorme capacidade de entropia. Com os
bilhões de anos desde o Big Bang, a entropia total do universos vem aumentando assim como a desordem. Mas o
sistema continua mudando seu estado e ainda não alcançou o equilíbrio. É este estado de mudanças, caracterizando um
estado de fluxo, que permite a ocorrência de mudanças temporárias e locais de entropia positiva para negativa
acompanhadas por correspondentes mudanças locais de direção na direção do aumento da ordem.
3. TERMODINÂMICA E ESCRITURAS SEGUNDO CRIACIONISTAS
Os criacionistas fundamentalistas consideram que as leis da termodinâmica se originaram de Deus, o Criador do
universo, e que este fato é claro nas escrituras. (Morris, Scientific Criationism 1974 pg. 211-213).
Eles afirmam que quando criado originalmente o universo era perfeito e que a perfeição aplicava-se à terra e a todos os
seres vivos sobre a terra, incluindo o homem. Entretanto, Deus também legou ao homem uma certa dose de liberdade
de escolha, incluindo liberdade para amar a Deus ou não, obedecer a Deus ou não assumindo responsabilidades por
essas escolhas. Quando Adão e Eva, no Jardim do Paraíso, usando dessa prerrogativa, escolheram ( ao comer do fruto
da árvore do conhecimento) duvidar ou rejeitar a palavra de Deus, cometeram um pecado, e com aquele pecado
sobreveio o castigo divino trazendo a morte para o mundo. Castigando Adão, Deus disse: "No suor do teu rosto
comerás o teu pão, até que te tornes à terra; porque dela foste tomado; porquanto és pó, e em pó te tornarás." (Gen,
3:17-19). Morris explica que o pó do chão refere-se ao elemento físico básico (Morris, Scientific Criationism 1974 pg.
212). Desta maneira, podemos concluir que Deus amaldiçoou toda a matéria do universo.
Continuam os criacionistas que se as leis da termodinâmica não são muito claras em Gênesis, elas aparecem claramente
no Novo Testamento. Em Rom. 8:20-22 lemos:
Porque a criação ficou sujeita à vaidade, não por sua vontade, mas por causa do que a sujeitou.
Na esperança de que também a mesma criatura será liberada da servidão da corrupção, para a liberdade da glória dos
filhos de Deus.
Porque sabemos que toda a criação geme e está juntamente com dores de parto até agora.
Os criacionistas interpretam " servidão da corrupção " (corrupção é mais liberalmente traduzida como decaimento) como o
enunciado da segunda lei. Desde quando Deus castigou Adão e o solo sob ele que o universo entro em um regime de
decaimento, significando que o suprimento total de entropia entrou em crescimento.
Ainda para os criacionistas, a revelação da primeira lei é clara em Gênesis 2:2: " E havendo Deus acabado no dia
seguinte a sua obra, que tinha feito, descansou no sétimo dia de toda a sua obra que tinha feito ." Porque Deus tinha
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completado sua obra, ele não fez mais nada e todo o suprimento de energia do universo estava completo. Se o
significado dessa passagem de Gênesis for considerado forçado a revelação seria perfeitamente clara em Ecle. 3:14: " Eu
sei que tudo quanto Deus faz durará eternamente: nada se lhe deve acrescentar, e nada se lhe deve tirar ;"
Henry Morris faz uma afirmação significativa no sentido de que a ciência empírica tem demonstrado a universalidade das
leis da termodinâmica mas até agora não produziu nenhuma explicação científica do porquê que elas funcionam (Morris,
Scientific Criationism 1974 pg. 212). Morris mostra, a partir de várias passagens das escrituras, que as mãos do
Criador, como origem destas leis, estão implícitas na Bíblia e tem estado disponível aos homens, por revelação, há
milhares de anos.
Os criacionistas agora aplicam a segunda lei em um argumento destinado a provar que Deus criou o universo. Em um
número de Impact (n.º 3 de 1973) Henry Morris escreveu:
Assim, a Segunda Lei prova, com a uma certeza que a ciência jamais alcançou ao provar qualquer outra coisa que seja ,
que o universo teve um começo. Similarmente, a Primeira Lei mostra que o universo não poderia começar por si mesmo. A
quantidade total de energia no universo é constante, mas a quantidade de energia disponível está decrescendo.
Portanto, se voltarmos no tempo, a energia disponível seria consideravelmente maior até que, finalmente, alcançaríamos,
o ponto inicial onde a energia disponível seria igual à energia total. O tempo não poderia voltar mais para trás do que isto.
Neste momento, tanto o tempo como a energia devem ter sido criadas. Uma vez que a energia não pode criar a si própria,
a máxima conclusão lógica e científica que podemos chegar é: " No início, Deus criou o céu e a terra ."
Apesar do acerto da lógica de projetar o estado do universo para trás no tempo até um ponto quando a energia livre
disponível do sistema estivesse em um ponto máximo ( ou pelo menos maior do que em qualquer tempo desde então),
o resto do raciocínio não se sustenta. Não existe razão para inferir que o tempo não exista além daquele ponto. Além
disso, pode ser postulado que no modelo de um universo alternativamente em expansão e contração, o estado inicial de
máxima ordem e entropia mínima pode marcar o fim de uma fase prévia de contração no qual toda a matéria e energia
do universo tenha ficado concentrada em um volume, extremamente, pequeno. Nada no postulado inicial do argumento
de Morris leva à conclusão de que:" Neste momento, tanto o tempo como a energia devem ter sido criadas." Sua frase
final então, é um completo non sequitur e torna-se nada mais do que uma proposição de crença religiosa que não possui
nenhuma conotação cientifica, qualquer que seja.
4. ARGUMENTAÇÃO CRIACIONISTA BASEADA NA SEGUNDA LEI
Os fundamentalistas criacionistas fazem de seus alvos, duas hipóteses independentes com relação à vida na terra:
a) a origem naturalista da matéria viva;
b) a evolução orgânica contínua da vida das formas mais primitivas para as mais complexas.
O argumento utilizando as leis da termodinâmica é usado contra os dois alvos pelos criacionistas. A sua tese básica é
de que, tanto o processo de formação de matéria viva a partir de matéria não-viva, bem como o da contínua evolução
orgânica, vão de encontro à segunda lei porque eles exigem um decréscimo de entropia e um fluxo de estados
desordenados para estados ordenados. Porque a segunda lei é inviolável, eles afirmam que a vida não pode surgir
espontaneamente, nem pode evoluir de formas mais simples para formas mais complexas.
Os criacionistas parecem não levar em conta a habilidade que têm os organismos vivos, como sistemas abertos, de
armazenar temporariamente energia em moléculas complexas e liberar esta energia, conforme necessário, pela
quebra destas moléculas. Este decréscimo localizado de entropia de maneira nenhuma viola as leis da termodinâmica,
porque o processo de armazenamento e de conversão requer o consumo de ainda mais energia, como calor perdido, do
que a quantidade de energia que é quimicamente armazenada. Os organismos vivos produzem cópias aproximadas
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deles mesmos: coelhos produzem coelhos, girasóis produzem girasóis. Mas os coelhos fazem mais do que isso. Eles
comem alfafa e a transformam em carne fresca de coelho e de uma certa maneira produzem corpos ordenados
retirados do caos aleatório do mundo. Eles não desafiam a segunda Lei da Temodinâmica, que se refere aos sistemas
isolados, porque coelhos não são sistemas isolados. Os coelhos produzem pacotes de ordem e complexidade chamados
corpos, mas à custa de despenderem enormes quantidades de energia. Nas palavras do grande físico Erwin Schrödinger,
as criaturas vivas "bebem ordem do ambiente".
Na leitura dos argumentos da corrente principal dos cientistas contra os argumentos dos criacionistas baseados na
termodinâmica, observa-se um tema persistente: os criacionistas ignoram a existência de sistemas abertos que podem
local e temporariamente reverter a tendência universal na direção do aumento da entropia e da desordem.
Apenas a entropia total de um sistema fechado precisa crescer quando alguma mudança espontânea ocorre. No caso dos
sub-sistemas que interagem com o sistema fechado, alguns podem ganhar entropia, outros podem perder.
Porque a segunda lei da termodinâmica não é intuitiva e também porque poucas pessoas a estudaram em profundidade,
ele é propícia para ser usada pelas técnicas favoritas de apologia do obscurantismo. Além disso, a segunda lei provê
um critério para determinar se certos processos são impossíveis na natureza. Dai, por má interpretação da segunda lei,
seja por ignorância, má fé deliberada, ou por ambos os casos, os criacionistas têm sido capazes de convencer platéias
ignorantes, de que a evolução é impossível.
Na realidade, o processo associado com a vida não somente é compatível com a entropia e a segunda lei, como
também depende dela para o fluxo de energia através do qual se alimenta. Numerosos outros tipos de processos em
contra-corrente em sistemas simples, sem vida, também atuam dessa maneira e também em completa concordância
com a segunda lei. O argumento da segunda lei usado pelos criacionistas, pode apenas ser considerado como
evidência do seu desejo de levantar falso testemunho contra a ciência, propriamente, dita. É um triste atestado para a
comunidade de professores, engenheiros e cientistas que tantos tenham ignorado suas responsabilidades profissionais
ao falhar na explicação da apologia termodinâmica criacionista.
Os "cientistas" criacionistas de nenhuma maneira desconhecem sobre os sistemas abertos e suas características, uma
vez que o assunto tem sido objeto de inúmeros debates com o corpo principal de cientistas. Assim, Henry Morris
respondeu num número de 1976 de Impact:
A maioria dois evolucionistas, entretanto, tentam lidar com o argumento da Segunda Lei retirando-se para o refúgio dos
"sistemas abertos". Eles sustentam que, desde que a Segunda Lei se aplica somente a sistemas isolados (nos quais
fontes externas de informação e ordem estão excluídas), o argumento é irrelevante. A terra e as biosfera são sistemas
abertos com um amplo suprimento de energia vindo do sol para realizar o trabalho de construir a complexidade deste
sistemas. Mais ainda, eles citam exemplos específicos de sistemas nos quais a ordem aumenta tal como no crescimento
de um cristal dentro de uma solução, o crescimento de uma semente ou do embrião dentro de uma planta adulta ou
animal ou o crescimento de uma pequena população da idade da pedra em uma grande e complexa cultura tecnológica
como prova de que a Segunda Lei não inibe o crescimento de sistemas de maior grau de ordenamento.
Morris considera tais argumentos capciosos. Ele argumenta que os criacionistas tem enfatizado durante anos que a
segunda lei da termodinâmica é aplicável apenas a sistemas abertos ao mesmo tempo que que sustentam que pode ser
provado não existir nenhum verdadeiro sistema isolado. Ele então parte para reescrever o enunciado da segunda lei:
Os criacionistas de há muito reconheceram, na verdade enfatizaram , que a ordem pode crescer e na verdade cresce
em certos tipos especiais de sistemas abertos, mas isto não é uma prova de que a ordem cresce em todos os sistemas
abertos! A afirmação de que "a terra é um sistema aberto" é uma afirmação vazia que não contém nenhuma informação
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específica, uma vez de que todos os sistemas são abertos.
A Segunda Lei da Termodinâmica bem poderia ser enunciada como se segue: " Em qualquer sistema ordenado, seja
aberto ou fechado, existe uma tendência do sistema decair para um estado de desordem, tendência esta que só pode
ser suspendida ou revertida por uma fonte externa de energia ordenada, dirigida por um programa de informação e
transformada em trabalho necessário para a construção da estrutura complexa do sistema, através de um mecanismo
conversor alimentador armazenador .
Se nem o programa de informação nem o mecanismo conversor estiverem disponíveis para aquele sistema "aberto", ele
não poderá ter a sua ordem aumentada, não importando a quantidade de energia em sua vizinhança. O sistema
continuará a decair, de acordo com a segunda Lei da Termodinâmica.
Deve ser feita uma clara distinção entre o enunciado da segunda lei tal como ciência formal e sua aplicação na ciência
empírica. A hipótese do sistema isolado, enquanto nenhum exista ( a não ser o universo como um todo), é perfeitamente
permissível como uma premissa ou argumento no exercício da lógica. É uma hipótese de que exista um isolador perfeito com
o qual se envolva o sistema. Com ou sem esta hipótese a segunda lei sempre será válida e pode ser enunciada, numa
abordagem ampla, da seguinte forma: [4] A entropia total de um sistema não pode decrescer qualquer que seja o
processo.
Stanley Freske (1981) respondeu à tentativa de Morris de reescrever a segunda lei. Freske direciona suas baterias na
segunda lei tri-condicionada tal qual proposto pelos criacionistas para os sistemas abertos. Ele se refere a ela como "A
Trindade Criativa", um título dado no passado por um criacionista chamado R. G. Elmendorf. Consideremos ponto a
ponto os três termos da lei revisada pelos criacionistas.
Ponto 1 é a afirmação de que a tendência na direção do aumento da entropia ( e aumento da desordem) só pode ser
revertida pelo suprimento de energia externa ao sistema. Esta afirmação não é necessariamente verdadeira, embora a
importação de energia ocorra de maneira típica. Tomemos por exemplo um grande tanque de armazenamento de água
equipado com um dreno de fundo. Imaginemos uma tubulação de dreno alimentando a sucção de uma pequena turbobomba capaz de bombear uma pequena parte do fluxo de água para um pequeno tanque alguns metros acima do
tanque principal. Agora abrimos o dreno e deixamos a bomba fazer o seu trabalho. Quando a água acabar de escoar
do tanque principal, uma pequena quantidade da mesma terá sido elevada para o tanque superior. Assim, trabalho
mecânico contra a força da gravidade terá estocado energia em um subsistema do sistema aberto. Nenhuma energia livre
foi suprida de fora do sistema. Como o sistema estava fluindo "a favor da corrente" foi capaz de realizar uma menor
quantidade de trabalho "contra-corrente". Note-se, também, que ao final do trabalho realizado o sistema continuará a
possuir uma deficiência de entropia, embora muito menor do que no estado inicial.
Ponto 3 (tomado fora de ordem) reza que o sistema deva conter um mecanismo conversor. Tipicamente um sistema
aberto trabalha através da conversão de energia de uma forma para outra, incluindo a colocação de parte da energia em
armazenagem temporária. Por exemplo, em uma tempestade, a energia latente contida no vapor d'água e extraída
para cima, liberada como calor sensível e posteriormente dissipada como radiação de onda longa. Na planta, a
fotossíntese é o mecanismo que converte a energia do sol em energia química armazenada como carboidrato.
Assegurado que tais mecanismos de conversão existem eles podem explicar como a entropia decresce ( ou permanece
estacionária) dentro de um subsistema, mas a existência de um conversor de energia não é necessária no sentido
amplo da segunda lei, que apenas estabelece que a entropia total do sistema não pode decrescer seja qual for o
processo.
Ponto 2 refere-se à afirmação de que a fonte de energia externa deve ser orientada por um "programa de informação."
Freske chama a atenção que os criacionistas também se referem ao "programa de informação" como "inteligência" ou
"sistema de controle". Morris fornece como um exemplo específico de "programa de orientação" o caso do crescimento de
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uma planta como um sistema aberto: é o código genético que dirige o curso do crescimento. Neste caso os criacionistas
seguem estritamente os princípios da genética moderna e da biologia molecular. Quando passamos para a origem da
primeira molécula viva ( como um sistema aberto) a inferência parece ser que a direção do programa seja a
providência divina do Criador. Embora, não afirmado diretamente, a implicação oriunda das alegações criacionistas é de
que não existe um programa dirigido naturalmente no nascimento da vida sendo portanto necessária uma direção
sobrenatural.
Não existe a necessidade na natureza de que sistema abertos da física natural (inorgânicos) dependam de um sistema de
informações para reverter a tendência de aumento de entropia, não se podendo portanto, aplicar-se esta condição para
todos os sistemas abertos como parte de um enunciado universal de uma lei. Freske conclui:
"Os criacionistas não estão mostrando que a evolução contradiz a segunda lei da termodinâmica; ao invés disso eles estão
dizendo que a segunda lei, tal qual aceita pela ciência convencional, é incorreta e insuficiente para explicar os
fenômenos naturais. Eles insistem que algo que elaboraram deve ser adicionado, ou seja um programa de direção, criado
de forma divina ou uma distinção entre diferentes tipos de entropia".
Na verdade eu diria que que informação e entropia são faces opostas da mesma moeda e que ambas tem uma ligação
íntima com energia. Quanto menos entropia um sistema possui, mas informação ele contém. A razão pela qual um
máquina a vapor pode controlar a energia da queima do combustível e transformá-la em energia mecânica, reside no
seu elevado conteúdo de informação, inserido nela pelo seu projetista. Assim, faz o corpo humano com a informação
escrita no DNA através do RNA. Poderíamos até dizer: " No princípio era o RNA ".
5. ORDEM E DESORDEM - O ESTILO CRIACIONISTA
Os cientistas criacionistas quando discutem a segunda lei da termodinâmica, usam as palavras "ordem" e "desordem"
com enorme freqüência , e fazendo assim tendem a gerar extrema confusão na mente dos ouvintes não familiarizados
com o linguajar da termodinâmica clássica. Eles usam essas palavras em relação à evolução orgânica e à origem da matéria
viva de maneira que se torna difícil para a maioria das pessoas associá-las com fenômenos familiares observados.
Obviamente o uso da palavra "desordem" associa o processo a favor da corrente no universo com a doutrina bíblica [5]
do decaimento do universo desejado por Deus em seguida à criação e a expulsão de Adão e Eva do Paraíso. Stanley
Freske [6] nos alerta com suas palavras:
A palavra ordem no uso popular é altamente ambígua e deveria ser cuidadosamente evitada nas explanações sobre
entropia em benefício daqueles que não estão familiarizados com o jargão científico, sob pena de causar uma grande
confusão.
Vejamos o exemplo de um experimento físico e verifiquemos como os conceitos de "ordem" e "desordem" são usados.
Vamos seguir os estágios termodinâmicos na transição do gelo para a água líquida e dai para vapor d'água. A tabela
abaixo fornece os valores da entropia não sendo necessário para nossos propósitos definir a unidade em que medimos a
entropia.
AUMENTO DA ENTROPIA NA MUDANÇA DE ESTADO DA ÁGUA
Mudança de Estado
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Aumento da Entropia
Gelo para água líquida a 273 K
+ 5.27
Água líquida de 273 K para 373 K
+5.66
Água líquida para vapor a 373 K
+26.00
Total, do gelo ao vapor
+36.93
Fonte de dados: John B. Fenn, 1982, Engines, Energy, and Entropy; A Thermodynamics Primer, W.H. Freeman and
Company, p 223.
Note-se que enquanto o gelo está derretendo e enquanto está passando do estado líquido para o estado gasoso, a
temperatura permanece constante enquanto está em progresso a transferência de calor de fusão e do calor de
vaporização. Todos estamos cientes que para derreter gelo ou neve é necessário a inserção de calor. De acordo com
nosso enunciado anterior a entropia do sistema aumenta. (O calor necessário para este processo tem que ser
importado o que seria impossível em um sistema verdadeiramente isolado, mas nós suprimos o calor assim mesmo). O
gelo representa o estado com maior ordem e o gás o estado com maior desordem. Se o gelo estivesse, anteriormente,
com uma temperatura de 0 K teria iniciado o processo com perfeita ordem e entropia zero.
O gelo constitui-se de moléculas de água bem empacotadas em um arranjo geométrico denominado grade cristalina.
No gelo comum ou no refrigerador, não vemos esta evidência deste elevado grau de ordem, que é óbvia em flocos de
neve vistos através de um microscópio de pequeno poder de aumento. Os flocos de neve se formam por sublimação, um
processo no qual as moléculas gasosas de vapor d'água ficam agarradas a uma "semente" núcleo, que pode ser uma
pequena partícula de gelo ou uma partícula mineral. À medida que os flocos de neve crescem, eles desenvolvem uma
simetria em seis lados (simetria hexagonal) e podem se tornar extremamente ornamentados. A ordem em termos de
simetria, a perfeição e o projeto ornamentado são extremamente altos.
Seria o crescimento dos flocos de neve uma reversão na direção da tendência termodinâmica? Se for, o crescimento da
estrutura cristalina tem que necessariamente envolver a cessão de energia interna; é a energia de fusão ao contrário e
porque isso é o que acontece, o cristal propriamente dito, separado de sua vizinhança, deve ser considerado como um
subsistema que sofreu redução da entropia enquanto elevava-se o seu grau de ordenação.
O crescimento de cristais é um tópico importante nos escritos criacionistas dado a ser um processo puramente inorgânico
que parece à primeira vista espelhar crescimentos orgânicos onde estruturas altamente ordenadas são criadas a partir de
moléculas primeiramente em desordem aleatória. Os criacionistas têm erroneamente tentado ligar a formação de cristais
de gelo ao crescimento orgânico através da observação de que ambos envolvem o crescimento da ordem e uma mudança
negativa de entropia. Mas existe uma grande diferença entre o crescimento de um cristal e um sistema vivo, conforme
expõe Freske:
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No cristal a entropia está sempre no seu máximo. Em outras, palavras, enquanto é verdadeiro que a entropia
decresce enquanto o líquido se solidifica, isto acontece porque a capacidade de armazenar entropia do sistema
decresce. O sistema vivo, por outro lado, possui deficiência de entropia, e esta deficiência aumenta enquanto o
sistema cresce ou evolui. Deve ficar claro agora que ficará em apuros um debatedor, que pretenda traçar um paralelo
muito próximo entre os cristais e os seres vivos.
Outra diferença fundamental entre cristais e seres vivos pode ser trazida à discussão. Ambos mostram um elevado grau de
ordenação mas são muito distintos relativamente ao grau de complexidade. Os cristais de gelo possuem apenas duas
espécies de átomos formado em uma molécula bastante simples.; a unidade celular de seu reticulado cristalino é
bastante simples e nunca varia. As moléculas de DNA e RNA, em contraste, estão muitas ordens de magnitude acima
das moléculas da água em se falando de complexidade. O uso de cristais de gelo como análogo à molécula de DNA
em termos de complexidade é completamente fora de propósito e distorce a discussão.
Os criacionistas engajados nos debates nas questões envolvendo a termodinâmica nem sempre possuem os seus
conceitos termodinâmicos sedimentados, deixando às vezes os cientistas da corrente principal verdadeiramente perplexos.
Um argumento favorito dos criacionistas é o famoso tornado montador de aviões. Segundo eles, a probabilidade da
ocorrência da evolução é a mesma de um tornado, que ao espalhar as peças de um avião, acabasse por montar um
Boeing. Eles baseiam seu argumento na crença de que mudanças nas coisas vivas têm uma pequena probabilidade de
ocorrerem e não poderiam ocorrer, sem a participação de um "projeto inteligente", que sobrepujaria as leis da
termodinâmica. Isto representa uma contradição fundamental, na medida que afirmam que a evolução não é possível porque
a termodinâmica não permite a ordem surgir da desordem, mas ao mesmo tempo sustentam que o criacionismo, à guisa
de defender o projeto inteligente, não precisa ser coerente com as leis da termodinâmica.
Por outro lado, a termodinâmica não regula a possibilidade de projeto inteligente; este é simplesmente um fator fora do
escopo do cálculo termodinâmico de probabilidade.
NOTAS:
Nota 1:
É preciso esclarecer que, ao contrário do que o nosso crítico "neutro" quer fazer entender, em nenhum momento neste
parágrafo está afirmado que a máquina de Carnot é um sistema isolado. O parágrafo apenas procura enfatizar que
a partir do momento que se considera o ciclo como reversível, processado em intervalos infinitesimais de temperatura
que em última análise são períodos infinitesimais de tempo, estamos sob estas condições considerando o sistema
termicamente isolado. Lembramos que dois dos processos do ciclo de Carnot se dão sob a premissa do isolamento
térmico. O nosso próprio crítico mostra isso, ao exemplificar o caso da garrafa térmica que não é um sistema isolado mas
que se considerada uma redução de 3.600 vezes no período de medição da temperatura podemos afirmar, "com uma
precisão de seis dígitos, que o interior da garrafa é um sistema isolado." Como vemos o crítico "neutro" usa dos mesmos
tipos de argumentos que condenamos nos criacionistas. Voltar para texto
Nota 2:
Aqui, assim se expressa o nosso crítico: "Muito bom! considerando-se as aparentes limitações conceituais do autor." As
aparentes limitações conceituais não impediram que o nosso crítico "neutro" utilizasse 100% mais espaço nas suas
observações do que o próprio artigo original. Em suma o comentário é bem maior do que o artigo. Não me parece
razoável que se gaste tantas argumentações contra conceitos tão limitados. Voltar para texto
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Nota 3:
São formalismos caracterizados pelo comentário relativo a este parágrafo, próprios de uma mentalidade cartorária, que
acabam por transformar entidades que são necessárias para regulamentação das profissões tais como CREA, CRM etc.,
em agentes complicadores da burocracia nacional. Retiro deste rol apenas a OAB. Afirma o nosso crítico que "o conceito
probabilístico de entropia é estranho à Termodinâmica. Tal conceituação pertence à Mecânica Estatística." Ora irreversibilidade
e entropia estão intimamente ligados com o conceito de probabilidade, de maneira que a desordem de um sistema pode
ser calculada pela teoria da probabilidade e expressa por uma quantidade conhecida como probabilidade termodinâmica,
e a segunda lei da Termodinâmica é vista como uma lei estatística, o resto é burocracia. Voltar para texto
Nota 4:
Vou concentrar nesta nota uma só resposta a uma série de observações feitas pelo crítico "neutro" a partir desse ponto.
Voltando ao aspecto cartorário fico perplexo ao notar que a influência positivista de Augusto Comte, ainda impregnada
em nosso ensino médio e até mesmo em níveis superiores, não é totalmente eliminada nos cursos de doutoramento.
Presume-se que uma tese de doutorado ou apresente aspectos detalhados não ainda abordados de uma teoria ou
coloque em questão uma teoria nova. Lembro-me no meus tempos de secundarista e mesmo faculdade quando tinha
que me digladiar com alguns mestres quando respondia alguma questão de testes oficiais com metodologias ou
abordagens não totalmente semelhantes às apresentadas nos livros ou péssimas apostilas indicados. E olhe que me
refiro a duas das melhores escolas de graduação do país (Escola Naval e EPUSP). Os professores não estão preparados
para encarem algo criativo, detestam pensar fora do que lhes foi ensinado. Os grandes reformadores ou descobridores
da humanidade, e aqui não vai nem de leve alguma comparação, apenas serve para a argumentação não precisaram de um
título de PhD para fazer Ciência. Para usar uma expressão "light", em respeito aos mais de 4.000 acessos distintos por
mês desse site, eu não dou a mínima para um título de PhD, honraria que parece que os criacionistas fazem questão de
exibir a todo momento. Não é essa prenda que me fará respeitar mais ou menos o conhecimento de uma determinada
pessoa. Nos assuntos para os quais direciono meus estudos, que não se vinculam a nenhuma necessidade pela
subsistência, eu discuto, sem qualquer inibição, com qualquer PhD apesar de, cartorariamente, só ter concluído mestrado.
Como se um PhD não dissesse besteiras. São apenas besteiras mais graduadas. Pois bem, o nosso crítico PhD,
justamente no assunto tratado no parágrafo desta nota, parece ter faltado à aula. O principio do aumento da entropia
estabelece que no universo (sistema isolado) a entropia ou permanece constante ou aumenta. dS=(dQ/T) rev e
dS>(dQ/T) irrev . Para um sistema isolado dQ tem que ser zero, então dS isol > =0 Isto por si só é um critério de
irreversibilidade. Assim podemos dizer que se a entropia de um sistema isolado aumenta durante um processo então o
processo é irreversível. Este é o celebrado princípio do aumento de entropia. Embora se referindo a um sistema isolado,
é entretanto de aplicação geral porque todos os materiais que de alguma maneira são afetados por um processo podem
ser colocados dentro de um sistema isolado particular. O sistema isolado e os processos reversíveis são apenas hipóteses
para permitir o cálculo da entropia. Sistema isolados não recebem nem calor, nem trabalho da vizinhança. Tudo depende
dos limites do sistema. nenhuma aplicação da primeira ou segunda lei pode ser executada se os limites do sistema não
forem previamente definidos. Os limites nem precisam ser estacionários e na verdade nunca o são. Eles podem se
expandir ou contrair de acordo com o comportamento da matéria que constitui o sistema, mas eles sempre encerrarão a
mesma quantidade de matéria. O primeiro passo na solução de um problema termodinâmico é a descrição do sistema e
seus limites. A própria demonstração da inequação de Clausius (2º princípio em carne e osso) é feita a partir de um sistema
onde calor e trabalho fluem através dos limites do sistema. Portanto o princípio do aumento de entropia é definido para
um sistema isolado cujos limites são caracterizados pelos atores do processo. Neste aspecto Morris não está errado,
sistemas isolados não existem e são apenas premissas matemáticas para facilidade de cálculo. Voltar para texto
Nota 5:
Aqui cai o véu da neutralidade. Nas conclusões de seus comentários escreve o crítico, agora identificado como
criacionista, relacionando uma lista de problemas conceituais: "A idéia de que a Bíblia ensina que o Universo foi criado
na semana de Gênesis 1 (confusão entre Terra e Universo" - então ele admite que Gênesis fala sobre a criação da
Terra. "A idéia de que tudo que a Bíblia diz é metafórico e não pode ser usado para que se obtenham informações
testáveis sobre o mundo físico" Isto é tão absurdo como afirmar que o universo tem 6.000 anos, idade dos patriarcas
somadas. A verdade é que a criação de um instituto criacionista que possa congregar alguém que se classifique como
cientista e completamente surrealista e não é de se estranhar que seu florescimento tenha se dado no E.U.A., um pais
com forte influência religiosa no seu desenvolvimento socio-cultural e que tem se mostrado um grande palco para as
idiosincrasias humanas. Voltar para texto
Nota 6:
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Stanley Freske, Creationist Misunderstanding, Misrepresentation, and Misuse of the Second Law of Thermodynamics,
Creation/Evolution, vol. 2, no. 2, pg. 8 - 16.
Copyright © 1981 by Stanley Freske. Voltar para texto
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6. ADENDO 2007 - ESTRUTURAS DISSIPATIVAS
Este artigo foi escrito em 2000 com argumentação exclusiva baseada na termodinâmica clássica. Com a popularização da
Autopoiese e as teses de Maturama e Varella [7] seguida dos estudos de Ilya Prigogine sobre estruturas dissipativas
resolvemos fazer este adendo que torna mais enfática ainda a imprecisa utilização da termodinâmica clássica para tratar
de sistemas vivos.
Os organismos vivos se mantêm continuamente afastados do equilíbrio, que é exatamente a vida. Organismo em
equilíbrio é um organismo morto.
Prigogine foi o primeiro a estabelecer que a termodinâmica clássica, devido à característica linear de sua matemática, é
inadequada para descrever sistemas afastados do equilíbrio.
Por isso, Prigogini e seus colaboradores desenvolveram uma termodinâmica não-linear para estes sistemas, utilizando
técnicas da teoria dos sistemas dinâmicos e a nova matemática complexa dos fractais. Nesta termodinâmica a segunda
lei ainda é válida, mas a relação entre entropia e desordem toma novos contornos.
Desde Boltzmann que a definição de entropia é feita em termos de probabilidade. Na linguagem de Boltzmann, a
segunda lei da termodinâmica significa que qualquer sistema fechado tenderá para o estado de probabilidade máxima e
não há na verdade nenhuma lei física que proíba um movimento da desordem para a ordem. Este estado pode ser
definido como o estado atrator do equilíbrio térmico.
A termodinâmica clássica é então apropriada para a descrição de fenômenos próximos do equilíbrio.
Já a termodinâmica de Prigogine, das estruturas dissipativas, ao contrário aplica-se a fenômenos termodinâmicos
afastados do equilíbrio no qual as moléculas estão em movimentos aleatórios descritos por equações não-lineares.
Uma estrutura dissipativa se mantém longe do equilíbrio e pode se afastar cada vez mais por meio de uma série de
bifurcações. Nos pontos de bifurcação podem emergir estados de ordem mais elevada espontaneamente. Isto não contradiz
de forma nenhuma a segunda lei, a entropia total do sistema continua crescendo, mas este aumento não corresponde a
um aumento uniforme de desordem.
De acordo com Prigogine, as estruturas dissipativas são ilhas de ordem em um mar de desordem e como ele mesmo se
expressa, embora a entropia global, conforme a segunda lei continue aumentando a ordem "flutua na desordem".
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Nota 7 VARELLA, FRANCISCO, HUMBERTO MATURAMA e RICARDO URIBE "Autopoiesis; The Organizations of
Living Things, Its Characterization and a Model, BioSystems 5, 187-96 1974
PRIGORINE, YLLIA. "Dissipative Structures in Chemical Systems", Interscience, Nova York, 1967. voltar ao texto
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