L'entropia aumenta o diminuisce durante la trasformazione dell'uovo in pollo?

L'entropia aumenta o diminuisce durante la trasformazione dell'uovo in pollo?
Anonim

Risposta:

Considerando l'uovo dal punto di vista della termodinamica statistica, aumenta.

Tuttavia, includendo il contributo di entropia negativa dall'espressione genica richiesta per sostenere la crescita in un pulcino, l'entità dell'entropia viene proposta da Sanchez a diminuire.

Spiegazione:

La definizione di entropia può essere ambigua in termini di concettualizzazione. La parte "grado di casualità" è davvero difficile da visualizzare senza definire ulteriormente quale sia il "disturbo".

DESCRIZIONE GENERALE DELL'ENTROPIA

In bella vista, un pollaio potrebbe sembrare più "normale" di un uovo, dato che è più solido. Ma ci sono diversi punti da considerare:

  • Se consideri l'origine (0,0,0) e spruzza alcuni punti casualmente attorno ad esso, (a una costante # R # diciamo), dopo molti tentativi che sarà una sfera. Ora fallo per caso # R # e troverai una struttura sferica sfocata, come:

Abbiamo appena definito la densità di probabilità di un uovo (ovoide) nel tempo, ma la densità di probabilità di un pulcino è meno definita (più difficile da tracciare).

Quindi, il pulcino ha il potenziale per essere più entropico dal punto di vista del disordine tradizionale (rispetto alla meccanica quantistica).

Inoltre, considerando le strutture proteiche molecolari nell'uovo, sono piuttosto semplici. Ma formano proteine molto più complesse nel processo di sviluppo embriologico.

Qui, vediamo che l'entropia secondo non biologica considerazioni aumenta dall'uovo al pulcino, dato il aumentare in complessità delle proteine. Chiamiamolo #DeltaS_ "uovo morto" #.

Dalla seconda legge della termodinamica, #DeltaS_ "uovo morto"> = q / T #e poiché il calore deve fluire nell'uovo mentre la chioccia lo prepara a schiudersi, ciò significherebbe #q> 0 # e quindi #DeltaS> 0 #.

L'uovo rilascia sempre calore e la madre assorbe lentamente il calore dall'uovo in modo che l'uovo sia continuamente in equilibrio. E se non c'è la madre (o un'incubatrice che fa la stessa cosa), l'uovo rilascia rapidamente il calore, rendendo impossibile il processo di sviluppo.

AFFRONTARE QUESTO CON MECCANICA STATISTICA

Successivamente, consideriamo ciò che è noto come La definizione di Boltzmann di entropia:

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

dove #k_ text {B} # è la costante di Boltzmann e #Omega# è il numero di "microstati" coerente con il dato macrostato osservabile.

microstati il numero di modi in cui è possibile pensare a un sistema può essere ricostruito mantenendo lo stesso macrostato osservato. Diciamo, tu hai una casa, e tutte le permutazioni dei mattoni ti lasceranno sempre con la stessa casa (gli osservabili macroscopici devono essere gli stessi). Quindi, la tua casa è una "media d'insieme" di tutti questi microstati, per una data osservazione macroscopica della casa.

Cosa succede al nostro uovo#-># storia di pulcini a questo punto?

Il nostro sistema è un grande insieme canonico quasi perfetto, consente particelle di scambio termico (soprattutto # # CO_2 e # # H_2O attraverso i pori) ed energia con un bagno di calore, quasi mantenuto a temperatura costante.

Il numero di microsistemi accessibili a un uovo è Di meno di quello sono accessibili al pulcino. Le molecole di un uovo sono più semplici, questo lascia relativamente meno modi di disporre gli atomi per restituire lo stesso macrostato di uova.

Considerando che, un pulcino, con molte più complesse proteine, ecc., Ha più microstati per un dato macrostato del pulcino (sia vivo che no!).

Quindi, il componente non biologico all'entropia dell'uovo (senza considerazioni per sostenere la crescita embrionale), come abbiamo chiamato #DeltaS_ "uovo morto" #, è positivo.

Di nuovo, questo presuppone che l'uovo non sia vivo.

CONSIDERANDO L'ENTROPIA DOVUTA ALL'ESPRESSIONE GENICA

Ora, dobbiamo anche includere la componente biologica nell'entropia; questo è, l'entropia dovuta all'espressione genica richiesto per sostenere la crescita dell'uovo.

A quanto pare, Sanchez propone alla fine del suo lavoro, sebbene il suo "tentativo è dichiaratamente rozzo" (le sue parole), è sufficiente per stabilire che l'entropia dovuta all'espressione genica, che egli chiama #DeltaS_ "gene" #, è negativo.

A metà del foglio, afferma che:

#DeltaS_ "living" = DeltaS_ "class" + DeltaS_ "gene" <0 #

o nella notazione utilizzata in questa risposta:

#colore (blu) (DeltaS_ "uovo" ^ "pulcino" = DeltaS_ "uovo morto" + DeltaS_ "gene" <0) #

Cioè, l'entropia dovuta all'espressione genica necessaria per sostenere la vita del pulcino come nasce è abbastanza negativo che la differenza di entropia complessiva tra l'uovo e il pulcino sviluppato (#DeltaS_ "uovo" ^ "chick" #) è negativo.