الإنتروبيا والحياة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 29 صور
الموسوعة الحرة

بدأت الأبحاث المتعلقة بالعلاقة بين كمية الديناميكا الحرارية، الإنتروبيا ، وأصل الحياة وتطورها في مطلع القرن العشرين. في عام ١٩١٠، قام المؤرخ الأمريكي هنري آدامز بطباعة وتوزيع كتاب صغير بعنوان "رسالة إلى معلمي التاريخ الأمريكيين" على مكتبات الجامعات وأساتذة التاريخ ، مقترحًا نظرية تاريخية تستند إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية ومبدأ الإنتروبيا. [ ١ ] [ ٢ ]

أثار كتاب " ما هي الحياة؟" الصادر عام 1944، والذي ألفه الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل إرفين شرودنغر، المزيد من الأبحاث في هذا المجال. في كتابه، ذكر شرودنغر في البداية أن الحياة تتغذى على الإنتروبيا السالبة، أو ما يُسمى أحيانًا بالإنتروبيا السالبة ، لكنه صحح نفسه في طبعة لاحقة استجابةً للاعتراضات، وذكر أن المصدر الحقيقي هو الطاقة الحرة . وقد حصرت الدراسات الحديثة النقاش في طاقة غيبس الحرة، لأن العمليات البيولوجية على الأرض تحدث عادةً عند درجة حرارة وضغط ثابتين، كما هو الحال في الغلاف الجوي أو قاع المحيط، ولكن ليس عبر كليهما خلال فترات زمنية قصيرة بالنسبة للكائنات الحية الفردية. ويُعد التطبيق الكمي لموازنات الإنتروبيا واعتبارات طاقة غيبس على الخلايا الفردية أحد المبادئ الأساسية للنمو والتمثيل الغذائي. [ 3 ]

لقد ألهمت الأفكار المتعلقة بالعلاقة بين الإنتروبيا والكائنات الحية فرضيات وتكهنات في العديد من السياقات، بما في ذلك علم النفس ونظرية المعلومات وأصل الحياة وإمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض .

آراء مبكرة

في عام 1863، نشر رودولف كلاوزيوس مذكراته الشهيرة بعنوان "حول تركيز أشعة الحرارة والضوء، وحدود تأثيرها" ، حيث أوضح فيها علاقة أولية، استنادًا إلى أعماله وأعمال ويليام طومسون (اللورد كلفن) ، بين العمليات الحيوية ومفهومه الجديد عن الإنتروبيا. وانطلاقًا من هذا، كان الفيزيائي النمساوي لودفيج بولتزمان من أوائل من تكهنوا بمنظور ديناميكي حراري محتمل للتطور العضوي . وفي عام 1875، استنادًا إلى أعمال كلاوزيوس وكلفن، توصل بولتزمان إلى الاستنتاج التالي:

إن الصراع العام من أجل بقاء الكائنات الحية ليس صراعاً على المواد الخام - فهذه المواد، بالنسبة للكائنات الحية، هي الهواء والماء والتربة، وكلها متوفرة بوفرة - ولا على الطاقة الموجودة بكثرة في أي جسم على شكل حرارة، بل هو صراع على الإنتروبيا السالبة ، التي تصبح متاحة من خلال انتقال الطاقة من الشمس الحارقة إلى الأرض الباردة . [ 4 ]

في عام 1876، ذكر المهندس المدني الأمريكي ريتشارد سيرز ماكولو ، في كتابه "رسالة في النظرية الميكانيكية للحرارة وتطبيقها على المحرك البخاري" ، الذي كان من أوائل كتب الديناميكا الحرارية، بعد حديثه عن قوانين العالم الفيزيائي، أنه "لا يوجد قانونان راسخان على أساس أقوى من مبدأي جول وكارنو العامين ؛ اللذين يشكلان القوانين الأساسية لموضوعنا". ثم يوضح ماكولو أنه يمكن دمج هذين القانونين في صيغة واحدة على النحو التالي:

S=∫دسؤالτ{\displaystyle S=\int {dQ \over \tau }}

أين

S={\displaystyle S=}إنتروبيا
دسؤال={\displaystyle dQ=}كمية متفاوتة من الحرارة تنتقل إلى نظام ديناميكي حراري
τ={\displaystyle \tau =}درجة الحرارة المطلقة

ثم يعلن ماكولوه أن تطبيقات هذين القانونين، أي ما يُعرف حاليًا بالقانون الأول للديناميكا الحرارية والقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، لا حصر لها:

عندما نتأمل في كيفية ارتباط الظواهر الفيزيائية عمومًا بالتغيرات والعلاقات الحرارية، يتضح جليًا أنه لا يوجد، إن وُجد، أي فرع من فروع العلوم الطبيعية لا يعتمد، بدرجات متفاوتة، على الحقائق الكبرى قيد الدراسة. ولذلك، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنه في غضون فترة وجيزة، لم يمر عليها جيل واحد بعد، منذ اعتماد النظرية الميكانيكية للحرارة بشكل كامل، قد أحدثت ثورة في فروع كاملة من العلوم الفيزيائية. [ 5 ] : ص 267

يقدم ماكولو بعض الأمثلة التي يسميها "الأمثلة الأكثر إثارة للاهتمام" لتطبيق هذه القوانين من حيث النطاق والفائدة. أول مثال له هو علم وظائف الأعضاء ، حيث يذكر أن "جسم الحيوان، تمامًا كالسفينة البخارية أو القاطرة، هو محرك حراري حقيقي ، واستهلاك الطعام في أحدهما يُشابه تمامًا احتراق الوقود في الآخر؛ ففي كليهما، العملية الكيميائية هي نفسها: تلك التي تُسمى الاحتراق ". ثم يُدرج مناقشة لنظرية أنطوان لافوازييه عن التنفس مع دورات الهضم والإخراج والتعرق، لكنه يُعارض لافوازييه بنتائج حديثة، مثل الحرارة الداخلية المتولدة عن الاحتكاك ، وفقًا لنظرية الحرارة الجديدة ، التي تنص، بحسب ماكولو، على أن "حرارة الجسم تنتشر بشكل عام ومتساوٍ بدلًا من أن تتركز في الصدر". ثم يُقدم ماكولو مثالًا على القانون الثاني، حيث يذكر أن الاحتكاك، وخاصة في الأوعية الدموية الصغيرة، لا بد أن يُولد حرارة. لا شك أن جزءًا من الحرارة التي تولدها الحيوانات ينتج بهذه الطريقة. ثم يسأل: "ولكن من أين يأتي استهلاك الطاقة الذي يسبب هذا الاحتكاك، والذي يجب حسابه بنفسه؟"

للإجابة على هذا السؤال، يلجأ إلى النظرية الميكانيكية للحرارة، ويشرح بإيجاز كيف أن القلب، كما يسميه "مضخة ضغط"، يستقبل الدم ويرسله إلى جميع أنحاء الجسم، كما اكتشف ويليام هارفي ، والذي "يعمل كالمكبس في المحرك، ويعتمد على دورة التغذية والإخراج التي تُحافظ على الحياة الجسدية أو العضوية، وبالتالي فهو نتاج لها". من المرجح أن ماكولوه قد استوحى أجزاءً من هذه الحجة من دورة كارنو الشهيرة . في الختام، يلخص حجته حول القانونين الأول والثاني للديناميكا الحرارية على النحو التالي:

بما أن كل شيء مادي يخضع لقانون حفظ الطاقة ، فإنه يترتب على ذلك أنه لا يمكن لأي فعل فسيولوجي أن يحدث إلا باستهلاك طاقة مستمدة من الغذاء؛ كما أن الحيوان الذي يقوم بعمل ميكانيكي يجب أن يولد من نفس كمية الغذاء حرارة أقل من الحيوان الذي يمتنع عن بذل أي جهد، والفرق هو بالضبط ما يعادل حرارة العمل. [ 5 ] : ص 270

الإنتروبيا السالبة

في كتابه "ما هي الحياة؟" الصادر عام 1944 ، افترض الفيزيائي النمساوي إرفين شرودنغر ، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1933 ، أن الحياة - على عكس الاتجاه العام الذي يمليه القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على أن إنتروبيا النظام المعزول تميل إلى الزيادة - تُقلل أو تُبقي إنتروبيا ثابتة عن طريق التغذي على الإنتروبيا السالبة. [ 6 ] تُعرف مشكلة ازدياد التنظيم في الأنظمة الحية رغم القانون الثاني باسم مفارقة شرودنغر. [ 7 ] مع ذلك، يُشير شرودنغر في ملاحظته على الفصل السادس من كتابه " ما هي الحياة؟" إلى استخدامه لمصطلح الإنتروبيا السالبة.

دعوني أقول أولاً، لو كنتُ أُخاطب الفيزيائيين وحدهم، لجعلتُ النقاش يدور حول الطاقة الحرة . فهي المفهوم الأكثر شيوعاً في هذا السياق. لكن هذا المصطلح التقني للغاية بدا لي لغوياً قريباً جداً من مصطلح الطاقة، ما يصعب على القارئ العادي إدراك الفرق بينهما.

يرى شرودنغر أن هذا ما يميز الحياة عن غيرها من أشكال تنظيم المادة . وفي هذا السياق، ورغم أن ديناميكيات الحياة قد تُعتبر مخالفةً لقانون الديناميكا الحرارية الثاني، إلا أن الحياة لا تتعارض معه بأي شكل من الأشكال، ولا تُبطله، لأن مبدأ أن الإنتروبيا إما أن تزداد أو تبقى ثابتة ينطبق فقط على نظام مغلق معزول حراريًا، أي لا يمكن للحرارة أن تدخل إليه أو تخرج منه، والعمليات الفيزيائية والكيميائية التي تجعل الحياة ممكنة لا تحدث في عزل حراري، أي أن الأنظمة الحية أنظمة مفتوحة. فعندما يستطيع نظام ما تبادل الحرارة أو المادة مع بيئته، فإن انخفاض إنتروبيا ذلك النظام يتوافق تمامًا مع قانون الديناميكا الحرارية الثاني. [ 8 ]

طرح شرودنغر السؤال التالي: "كيف يتجنب الكائن الحي التحلل؟" الإجابة البديهية هي: "عن طريق الأكل والشرب والتنفس، وفي حالة النباتات، عن طريق الاستيعاب." وبينما تُعد الطاقة المستمدة من العناصر الغذائية ضرورية للحفاظ على نظام الكائن الحي، فقد افترض شرودنغر، بنظرة ثاقبة، وجود جزيئات أخرى ضرورية بنفس القدر لخلق النظام الملحوظ في الكائنات الحية: "يبدو أن قدرة الكائن الحي المذهلة على تركيز تيار من النظام على نفسه، وبالتالي تجنب التحلل إلى فوضى ذرية - أي استمداد النظام من بيئة مناسبة - مرتبطة بوجود المواد الصلبة غير الدورية..." نعلم الآن أن هذه البلورة "غير الدورية" هي الحمض النووي (DNA) ، وأن ترتيبها غير المنتظم هو شكل من أشكال المعلومات. "يحتوي الحمض النووي في نواة الخلية على النسخة الرئيسية من البرنامج، بنسختين. ويبدو أن هذا البرنامج يتحكم من خلال تحديد خوارزمية، أو مجموعة من التعليمات، لإنشاء الكائن الحي بأكمله الذي يحتوي على الخلية والحفاظ عليه." [ 9 ]

يُحدد الحمض النووي (DNA) والجزيئات الكبيرة الأخرى دورة حياة الكائن الحي: الولادة، النمو، النضج، التدهور، والموت. التغذية ضرورية ولكنها غير كافية لتفسير النمو في الحجم، لأن الوراثة هي العامل المتحكم. في مرحلة ما، تتدهور جميع الكائنات الحية تقريبًا وتموت، حتى وإن بقيت في بيئات تحتوي على ما يكفي من العناصر الغذائية لاستمرار الحياة. يجب أن يكون العامل المتحكم داخليًا، وليس العناصر الغذائية أو ضوء الشمس كمتغيرات خارجية مُسببة. ترث الكائنات الحية القدرة على إنشاء تراكيب بيولوجية فريدة ومعقدة؛ ومن غير المرجح أن تُعاد ابتكار هذه القدرات أو أن تُعلّم لكل جيل. لذلك، يجب أن يكون الحمض النووي (DNA) هو السبب الرئيسي في هذه الخاصية أيضًا. بتطبيق منظور بولتزمان للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، فإن تغير الحالة من ترتيب أكثر احتمالًا وأقل تنظيمًا وأعلى إنتروبيا إلى ترتيب أقل احتمالًا وأكثر تنظيمًا وأقل إنتروبيا (كما هو الحال في التنظيم البيولوجي) يستدعي وظيفة مشابهة لتلك المعروفة للحمض النووي (DNA). توفر وظيفة معالجة المعلومات الظاهرة للحمض النووي حلاً لمفارقة شرودنغر التي تطرحها الحياة وشرط الإنتروبيا في القانون الثاني للديناميكا الحرارية. [ 10 ]

طاقة جيبس ​​الحرة والتطور البيولوجي

في السنوات الأخيرة، بدأ التفسير الديناميكي الحراري للتطور، فيما يتعلق بالإنتروبيا، باستخدام مفهوم طاقة غيبس الحرة بدلاً من الإنتروبيا. [ 11 ] [ 12 ] ويعود ذلك إلى أن العمليات البيولوجية على الأرض تحدث عند درجة حرارة وضغط ثابتين تقريبًا، وهو ما يجعل طاقة غيبس الحرة وسيلةً مفيدةً للغاية للتعبير عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية. تُعطى طاقة غيبس الحرة بالصيغة التالية:

Δجي≡Δح-تيΔS{\displaystyle \Delta G\equiv \Delta HT\,\Delta S}

أين

جي={\displaystyle G=}طاقة جيبس ​​الحرة
ح={\displaystyle H=}المحتوى الحراري المنتقل إلى نظام ديناميكي حراري
تي={\displaystyle T=}درجة الحرارة المطلقة للنظام
S={\displaystyle S=}إنتروبيا

تتساوى طاقة الإكسرجي وطاقة جيبس ​​الحرة إذا تساوت درجة حرارة البيئة ودرجة حرارة النظام. وإلا، ستكون طاقة جيبس ​​الحرة أقل من طاقة الإكسرجي (للأنظمة ذات درجات الحرارة الأعلى من درجة حرارة المحيط). يُعدّ تقليل طاقة جيبس ​​الحرة شكلاً من أشكال مبدأ الحد الأدنى للطاقة (الحد الأدنى من الطاقة الحرة أو الإكسرجي)، والذي ينبثق من مبدأ تعظيم الإنتروبيا للأنظمة المغلقة. علاوة على ذلك، يمكن استخدام معادلة طاقة جيبس ​​الحرة، بصيغتها المعدلة، للأنظمة المفتوحة ، بما في ذلك الحالات التي تتضمن حدود الجهد الكيميائي في معادلة توازن الطاقة. في كتابه الدراسي الشهير " مبادئ الكيمياء الحيوية" الصادر عام ١٩٨٢، جادل عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي البارز ألبرت لينينجر بأن النظام الذي ينتج داخل الخلايا أثناء نموها وانقسامها يُعوَّض عنه، بل ويزيد، بالفوضى التي تُحدثها في محيطها خلال عملية النمو والانقسام. باختصار، وفقًا لـ Lehninger، "تحافظ الكائنات الحية على نظامها الداخلي من خلال أخذ الطاقة الحرة من محيطها ، على شكل مغذيات أو ضوء الشمس، وإعادة كمية مساوية من الطاقة إلى محيطها على شكل حرارة وإنتروبيا." [ 13 ]

وبالمثل، وفقًا للكيميائي جون أفيري ، في كتابه " نظرية المعلومات والتطور" الصادر عام 2003 ، نجد عرضًا يُبين أن ظاهرة الحياة، بما في ذلك أصلها وتطورها، فضلًا عن التطور الثقافي البشري، تستند إلى أسس الديناميكا الحرارية ، والميكانيكا الإحصائية ، ونظرية المعلومات . ويُفسر أفيري المفارقة (الظاهرية) بين القانون الثاني للديناميكا الحرارية ودرجة النظام والتعقيد العالية التي تُنتجها الأنظمة الحية، بأن حلها يكمن في "محتوى المعلومات لطاقة جيبس ​​الحرة التي تدخل الغلاف الحيوي من مصادر خارجية". [ 14 ]

في دراسة بعنوان "الانتخاب الطبيعي لأقل فعل" نُشرت في وقائع الجمعية الملكية أ ، يصف فيل كايلا وأرتو أنيلا من جامعة هلسنكي كيف يمكن اشتقاق عملية الانتخاب الطبيعي المسؤولة عن هذا التزايد الموضعي رياضيًا مباشرةً من معادلة القانون الثاني للديناميكا الحرارية للأنظمة المفتوحة غير المتوازنة المتصلة. يمكن كتابة القانون الثاني للديناميكا الحرارية كمعادلة حركة لوصف التطور، مما يُبين كيف يمكن ربط الانتخاب الطبيعي ومبدأ أقل فعل من خلال التعبير عن الانتخاب الطبيعي بدلالة الديناميكا الحرارية الكيميائية . من هذا المنظور، يستكشف التطور المسارات الممكنة لتسوية الاختلافات في كثافة الطاقة، وبالتالي زيادة الإنتروبيا بأسرع ما يمكن. وهكذا، يعمل الكائن الحي كآلية لنقل الطاقة، وتسمح الطفرات المفيدة للكائنات الحية المتعاقبة بنقل المزيد من الطاقة داخل بيئتها. [ 15 ] [ 16 ]

مواجهة ميل القانون الثاني

يُعد تحليل القانون الثاني ذا قيمة في التحليل العلمي والهندسي لأنه يوفر عددًا من الفوائد مقارنة بتحليل الطاقة وحده، بما في ذلك الأساس لتحديد جودة الطاقة (أو محتوى الإكسيرجي [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] )، وفهم الظواهر الفيزيائية الأساسية، وتحسين تقييم الأداء وتحسينه، أو في تعزيز فهمنا للأنظمة الحية.

يصف القانون الثاني للديناميكا الحرارية ميلًا عامًا نحو الفوضى والانتظام، أو التوازن الداخلي والخارجي. وهذا يعني أن العمليات الحقيقية غير المثالية تُسبب إنتاج الإنتروبيا. كما يمكن نقل الإنتروبيا من وإلى النظام عن طريق تدفق المادة والطاقة. ونتيجةً لذلك، لا يؤدي إنتاج الإنتروبيا بالضرورة إلى زيادة إنتروبيا النظام. في الواقع، قد تنخفض إنتروبيا النظام أو الفوضى فيه تلقائيًا، كما هو الحال مع محرك توربيني غازي في طائرة يبرد بعد إيقاف تشغيله، أو كما هو الحال مع الماء في كوب يُترك في الخارج في درجات حرارة شتوية متجمدة. في الحالة الأخيرة، يبرد سائل غير منتظم نسبيًا ويتجمد تلقائيًا ليُشكّل بنية بلورية ذات فوضى أقل، حيث تلتصق الجزيئات ببعضها. وعلى الرغم من انخفاض إنتروبيا النظام، إلا أنه يقترب من الانتظام، أو يصبح أكثر تشابهًا من الناحية الديناميكية الحرارية مع محيطه. [ 20 ] هذه عملية من الفئة الثالثة، تشير إلى التركيبات الأربعة إما للإنتروبيا (S) لأعلى أو لأسفل، والتوحيد (Y) - بين النظام وبيئته - إما لأعلى أو لأسفل.

أربع فئات من العمليات ذات الإنتروبيا المتزايدة أو المتناقصة والانتظام المتزايد أو المتناقص

يمكن صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية [ 20 ] بشكل مفاهيمي كما يلي: تميل المادة والطاقة إلى الوصول إلى حالة من التجانس أو التوازن الداخلي والخارجي، وهي حالة من الفوضى القصوى (الإنتروبيا). تُنتج العمليات الحقيقية غير المتوازنة دائمًا إنتروبيا، مما يؤدي إلى زيادة الفوضى في الكون، بينما لا تُنتج العمليات العكوسة المثالية أي إنتروبيا، ولا توجد عملية معروفة تُدمر الإنتروبيا. يمكن مقاومة ميل النظام إلى الاقتراب من التجانس، وقد يصبح النظام أكثر انتظامًا أو تعقيدًا، من خلال الجمع بين عنصرين: مصدر شغل أو طاقة متاحة، وشكل من أشكال التوجيه أو الذكاء. حيث تُعرف "الطاقة المتاحة" بأنها جهد الشغل الحراري أو الميكانيكي أو الكهربائي أو الكيميائي لمصدر أو تدفق طاقة، ويُفهم "التوجيه أو الذكاء" في سياق مجموعة العمليات التي تندرج ضمن الفئة الرابعة، أو يتميز بها.

لنأخذ مثالاً على عملية من الفئة الرابعة، وهي تصنيع وتجميع المركبات آلياً في مصنع. تتطلب الآلات الآلية مدخلات طاقة كهربائية وتعليمات، ولكن عند اكتمالها، تكون المنتجات المصنعة أقل تجانساً مع محيطها، أو أكثر تعقيداً (رتبة أعلى) مقارنةً بالمواد الخام التي صُنعت منها. وبالتالي، يقلّ مستوى الفوضى في النظام، بينما يُعاكس الميل نحو التجانس بين النظام وبيئته. في هذا المثال، قد تكون التعليمات، وكذلك مصدر الطاقة، داخلية أو خارجية للنظام، وقد تعبر حدود النظام أو لا. على سبيل المثال، قد تكون التعليمات مُبرمجة مسبقاً، وقد تُخزّن الطاقة الكهربائية في نظام تخزين طاقة في الموقع. بدلاً من ذلك، قد يتم التحكم في الآلات عن بُعد عبر شبكة اتصالات، بينما تُزوّد ​​الطاقة الكهربائية للمصنع من شبكة الكهرباء المحلية. إضافةً إلى ذلك، قد يؤدي البشر، كلياً أو جزئياً، الدور الذي تؤديه الآلات الآلية في التصنيع. في هذه الحالة، قد تكون التعليمات متضمنة، لكن الذكاء إما مسؤول بشكل مباشر أو غير مباشر عن توجيه العمل أو تطبيقه بطريقة من شأنها مواجهة الميل نحو الفوضى والتوحيد.

كمثال آخر، لنأخذ تبريد الماء في بيئة دافئة. فبفضل التبريد، تُسحب الحرارة من الماء أو تُجبر على التدفق منه. ونتيجةً لذلك، تنخفض درجة حرارة الماء وطاقته الحرارية، ويبتعد النظام أكثر فأكثر عن التجانس مع محيطه الدافئ. والجدير بالذكر أن التبريد لا يتطلب مصدر طاقة فحسب، بل يتطلب أيضًا معدات مصممة خصيصًا، بالإضافة إلى تعليمات تشغيلية مبرمجة مسبقًا أو مباشرة لتحقيق تأثير التبريد المطلوب.

طائر الطنان أثناء الطيران.

تُعدّ الملاحظة أساسًا لفهم أن عمليات الفئة الرابعة تتطلب مصدرًا للطاقة المتاحة (الإكسرجي) بالإضافة إلى مصدر أو شكل من أشكال الذكاء أو التوجيه. بالنسبة للأنظمة الحية، يُوفّر ضوء الشمس مصدرًا للطاقة المتاحة لجميع أشكال الحياة تقريبًا على الأرض، سواءً بشكل مباشر (للنباتات) أو بشكل غير مباشر في الغذاء (للحيوانات). تجدر الإشارة إلى أن طاقة العمل أو الإكسرجي لضوء الشمس، بتوزيع طيفي واتجاهي مُحدد، لها قيمة مُعينة [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] يُمكن التعبير عنها كنسبة مئوية من تدفق الطاقة أو محتوى الإكسرجي. وكما هو الحال مع الأرض ككل، تستخدم الكائنات الحية هذه الطاقة، مُحوّلةً إياها إلى أشكال أخرى (القانون الأول للديناميكا الحرارية)، بينما تُنتج الإنتروبيا (القانون الثاني للديناميكا الحرارية)، وبالتالي تُقلّل من الإكسرجي أو جودة الطاقة. يتطلب استمرار الحياة، أو نمو البذرة، على سبيل المثال، ترتيبًا مُستمرًا للذرات والجزيئات في تجمعات مُعقدة ضرورية لتكاثر الخلايا الحية. يُقلل هذا التجمع في الكائنات الحية من التماثل والفوضى، مما يُعاكس الميل العام نحو الفوضى والتماثل الذي يصفه القانون الثاني للديناميكا الحرارية. وبالإضافة إلى مصدر طاقة عالي الجودة، تتطلب مُعاكسة هذا الميل شكلاً من أشكال التوجيه أو الذكاء، والذي يوجد بشكل أساسي في الحمض النووي DNA/ RNA .

في غياب التوجيه أو الذكاء، لا تكفي الطاقة عالية الجودة وحدها لإنتاج تجمعات معقدة، كمنزل مثلاً. كمثال على الفئة الأولى، على عكس الفئة الرابعة، فعلى الرغم من امتلاك إعصار ثانٍ طاقة أو طاقة متاحة كبيرة، إلا أنه لن يعيد بناء مدينة دمرها إعصار سابق، بل سيزيد من الفوضى والانتظام (الفئة الأولى)، وهو الميل الذي يصفه القانون الثاني للديناميكا الحرارية. ومن الأفكار ذات الصلة، أنه على الرغم من ندرة حدوث ذلك، هل نشأت الحياة بشكل عشوائي، من مادة غير حية في غياب أي ذكاء، على مدى مليارات السنين أو تريليونات الفرص؟ ومن الأسئلة ذات الصلة التي يمكن طرحها: هل يستطيع البشر العيش بدون الحمض النووي (DNA/RNA) مع توفر الغذاء (الطاقة المتاحة)؟ أو هل يمكن بناء منزل مزود بالكهرباء في الغابة بدون بشر أو مصدر للتوجيه أو البرمجة؟ أو هل يمكن تشغيل ثلاجة بالكهرباء ولكن بدون لوحات التحكم الحاسوبية الخاصة بها؟

يضمن القانون الثاني للديناميكا الحرارية أنه إذا بنينا منزلًا، فإنه سيميل مع مرور الوقت إلى الانهيار أو إلى حالة من الفوضى. من ناحية أخرى، إذا عثرنا على منزل أثناء تجولنا في غابة، فمن المرجح أن نستنتج أن أحدهم بناه، بدلًا من استنتاج أن النظام نشأ عشوائيًا. نعلم أن الأنظمة الحية، مثل بنية ووظيفة الخلية الحية، أو عملية تجميع/طي البروتين، بالغة التعقيد. هل كان من الممكن أن تنشأ الحياة دون توجيه من مصدر ذكاء، وبالتالي، مع مرور الوقت، ينتج عنها أشياء مثل الدماغ البشري وذكائه، وأجهزة الكمبيوتر، والمدن، ومفهوم الحب، وإبداع الموسيقى والفنون الجميلة؟ إن ميل القانون الثاني للديناميكا الحرارية نحو الفوضى والانتظام، وتمييز عمليات الفئة الرابعة باعتبارها معاكسة لهذا الميل الطبيعي، [ 20 ] يقدم لنا رؤية قيّمة للنظر فيها في سعينا للإجابة على هذه الأسئلة.

إنتروبيا الخلايا الفردية

موازنة الإنتروبيا

يمكن كتابة معادلة توازن الإنتروبيا لنظام مفتوح، أو التغير في الإنتروبيا بمرور الوقت لنظام في حالة مستقرة، على النحو التالي:

دSدتي=سؤال˙تي+∑بSب⋅دنب+دلتاSزهـن{\displaystyle {\frac {dS}{dT}}={\frac {\dot {Q}}{T}}+\sum _{B}S_{B}\cdot dn_{B}+\delta S_{gen}}

بافتراض نظام حالة مستقرة، وظروف ضغط ودرجة حرارة مستقرة تقريبًا، وتبادل عبر أسطح الخلايا فقط، [ 21 ] يمكن إعادة كتابة هذا التعبير للتعبير عن توازن الإنتروبيا لخلية فردية على النحو التالي:

دSدتي=سؤال˙تي+∑بSب⋅ن˙ب-SX⋅|ن˙X|+S˙زهـن=0{\displaystyle {\frac {dS}{dT}}={\frac {\dot {Q}}{T}}+\sum _{B}S_{B}\cdot {\dot {n}}_{B}-S_{X}\cdot |{\dot {n}}_{X}|+{\dot {S}}_{gen}=0}

أين

سؤال˙تي={\displaystyle {\frac {\dot {Q}}{T}}=}التبادل الحراري مع البيئة

Sب={\displaystyle S_{B}=}الإنتروبيا المولية الجزئية للمستقلب ب

SX={\displaystyle S_{X}=}الإنتروبيا المولية الجزئية للهياكل الناتجة عن النمو

S˙زهـن={\displaystyle {\dot {S}}_{gen}=}معدل إنتاج الإنتروبيا

ون˙{\displaystyle {\dot {n}}}تشير المصطلحات إلى معدلات التبادل مع البيئة.

يمكن تكييف هذه المعادلة لوصف توازن الإنتروبيا في الخلية، وهو أمر مفيد في التوفيق بين تلقائية نمو الخلية والحدس القائل بأن تطور التراكيب المعقدة يجب أن يقلل بشكل عام من الإنتروبيا داخل الخلية. من القانون الثاني للديناميكا الحرارية،S˙زهـن>0{\displaystyle {\dot {S}}_{gen}>0}بسبب التنظيم الداخلي الناتج عن النمو،SX{\displaystyle S_{X}}سيكون صغيرًا. تجبر العمليات الأيضية مجموع الحدين المتبقيين على أن يكون أقل من الصفر إما عن طريق معدل كبير لانتقال الحرارة أو تصدير نواتج نفايات عالية الإنتروبيا. [ 3 ] تمنع كلتا الآليتين تراكم الإنتروبيا الزائدة داخل الخلية النامية؛ وهذا الأخير هو ما وصفه شرودنغر بأنه تغذية على الإنتروبيا السالبة، أو "الإنتروبيا السالبة". [ 22 ]

الآثار المترتبة على عملية الأيض

في الواقع، من الممكن أن تكون مساهمة "الإنتروبيا السالبة" هذه كبيرة بما يكفي لجعل النمو ماصًا للحرارة تمامًا، أو حتى أنه يسحب الحرارة من البيئة. يُعرف هذا النوع من الأيض، الذي يتم فيه تحويل الأسيتات أو الميثانول أو عدد من مركبات الهيدروكربون الأخرى إلى الميثان (غاز عالي الإنتروبيا)، [ 23 ] باسم تكوين الميثان من الأسيتات ؛ ومن الأمثلة على ذلك أيض البكتيريا القديمة اللاهوائية Methanosarcina barkeri . [ 24 ] [ 25 ] وعلى النقيض تمامًا، يوجد أيض البكتيريا القديمة المحبة للحرارة اللاهوائية Methanobacterium thermoautotrophicum ، [ 26 ] حيث يتم تصدير الحرارة إلى البيئة من خلالCO2{\displaystyle {\ce {CO_2}}}[ 27 ] يكون التثبيت مرتفعًا (~3730 كيلوجول/مول كربون). [ 25 ]

بشكل عام، في العمليات الأيضية، توفر عمليات الهدم التلقائية التي تحلل الجزيئات الحيوية الطاقة اللازمة لتشغيل تفاعلات البناء غير التلقائية التي تبني الكتلة الحيوية المنظمة من متفاعلات ذات إنتروبيا عالية. [ 28 ] لذلك، يتحدد مردود الكتلة الحيوية بالتوازن بين عمليات الهدم والبناء المترافقة، حيث يمكن وصف العلاقة بين هذه العمليات بما يلي:

Δرجيs=(1-YX/S)Δجيجأتأبoلأناsم+YX/SΔجيأنأبoلأناsم{\displaystyle \Delta _{r}G_{s}=(1-Y_{X/S})\Delta G_{catabolism}+Y_{X/S}\Delta G_{anabolism}}

أين

Δرجيs={\displaystyle \Delta _{r}G_{s}=}القوة الدافعة الكلية للتفاعل / طاقة جيبس ​​المولية الكلية

YX/S={\displaystyle Y_{X/S}=}الكتلة الحيوية المنتجة

Δجيجأتأبoلأناsم={\displaystyle \Delta G_{catabolism}=}طاقة جيبس ​​للتفاعلات الهدمية (-)

Δجيأنأبoلأناsم={\displaystyle \Delta G_{anabolism}=}طاقة جيبس ​​للتفاعلات البنائية (+)

يجب على الكائنات الحية الحفاظ على توازن مثالي بينΔرجيs{\displaystyle \Delta _{r}G_{s}}وYX/S{\displaystyle Y_{X/S}}لتجنب التوازن الديناميكي الحراري (Δرجيs=0{\displaystyle \Delta _{r}G_{s}=0}، حيث يتم نظرياً تحقيق أقصى إنتاج للكتلة الحيوية ولكن عملية الأيض ستسير بمعدل بطيء للغاية، والحالة الحدية المعاكسة التي يكون فيها النمو مواتياً للغاية (Δرجيs<<0{\displaystyle \Delta _{r}G_{s}<<0}( )، لكن إنتاج الكتلة الحيوية منخفض للغاية. من الأفضل وصف هذه العلاقة بشكل عام، وستختلف اختلافًا كبيرًا من كائن حي إلى آخر. ولأن الحدود المقابلة للمساهمات الهدمية والبنائية ستكون متوازنة تقريبًا في السيناريو الأول، فإن هذه الحالة تمثل الحد الأقصى لكمية المادة المنظمة التي يمكن إنتاجها وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية لنظام أيضي عام جدًا. [ 21 ]

الإنتروبيا وأصل الحياة

إن تطبيق القانون الثاني للديناميكا الحرارية على نشأة الحياة مسألةٌ أكثر تعقيدًا بكثير من تطورها اللاحق، إذ لا يوجد "نموذج قياسي" لكيفية ظهور أولى أشكال الحياة البيولوجية، بل عدد من الفرضيات المتنافسة. وتُناقش هذه المسألة في سياق التولد التلقائي للحياة ، الذي يُشير إلى تطور كيميائي تدريجي قبل نظرية داروين.

العلاقة بالكيمياء الحيوية

في عام ١٩٢٤، اقترح ألكسندر أوبارين أن الطاقة الكافية لتوليد أشكال الحياة المبكرة من جزيئات غير حية كانت متوفرة في " حساء بدائي ". [ ٢٩ ] تفرض قوانين الديناميكا الحرارية بعض القيود على أقدم التفاعلات الداعمة للحياة التي كان من الممكن أن تنشأ وتتطور من هذا المزيج. وبشكل أساسي، وللتوافق مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، يجب على الأنظمة ذاتية التنظيم، التي تتميز بقيم إنتروبيا أقل من قيمة التوازن، أن تبدد الطاقة لزيادة الإنتروبيا في البيئة الخارجية. [ ٣٠ ] إحدى نتائج ذلك هي أن الوسائط الكيميائية ذات الإنتروبيا المنخفضة أو الجهد الكيميائي العالي لا يمكنها التراكم إلى مستويات عالية جدًا إذا لم يكن التفاعل المؤدي إلى تكوينها مقترنًا بتفاعل كيميائي آخر يطلق الطاقة. غالبًا ما تتخذ هذه التفاعلات شكل أزواج أكسدة واختزال ، والتي لا بد أنها كانت متوفرة من البيئة وقت نشأة الحياة. [ ٣١ ] في علم الأحياء الحديث، يتطلب العديد من هذه التفاعلات وجود محفزات (أو إنزيمات ) لحدوثها، والتي غالبًا ما تحتوي على معادن انتقالية. وهذا يعني أن تحديد كل من أزواج الأكسدة والاختزال والمعادن المتاحة بسهولة في بيئة مرشحة معينة لتكوين الحياة هو جانب مهم من جوانب الكيمياء ما قبل الحيوية.

لقد طُبقت فكرة ضرورة تحديد العمليات التي يمكن أن تحدث بشكل طبيعي في البيئة وتؤدي إلى تقليل الإنتروبيا محليًا في دراسات دور الفوسفات في نشأة الحياة، حيث تُعد بيئة البحيرة في بدايات الأرض هي البيئة المناسبة لتكوين الحياة. ومن هذه العمليات قدرة الفوسفات على تركيز المواد المتفاعلة بشكل انتقائي نظرًا لشحنته السالبة الموضعية. [ 32 ]

في سياق فرضية الفتحات الحرارية المائية القلوية (AHV) لأصل الحياة، اقتُرح تأطير أشكال الحياة على أنها "مولدات إنتروبيا" في محاولة لتطوير إطار عمل لنشأة الحياة في ظروف أعماق البحار القلوية. وبافتراض أن الحياة تتطور بسرعة في ظل ظروف معينة، قد تتمكن التجارب من إعادة إنشاء المسار الأيضي الأول، لأنه سيكون الأكثر ملاءمة من الناحية الطاقية، وبالتالي الأكثر احتمالاً للحدوث. في هذه الحالة، ربما تكون مركبات كبريتيد الحديد قد عملت كمحفزات أولى. [ 33 ] لذلك، ضمن الإطار الأوسع للحياة كمحولات للطاقة الحرة، سيكون من المفيد في نهاية المطاف تحديد كميات مثل إنتاج الإنتروبيا ومعدلات تبديد تدرج البروتون كميًا للأنظمة ذات الصلة بأصل الحياة (وخاصة الفتحات الحرارية المائية القلوية). [ 34 ]

نظريات أخرى

يُفترض أن تطور النظام، الذي يتجلى في التعقيد البيولوجي، في الأنظمة الحية، وتوليد النظام في بعض الأنظمة غير الحية، يخضعان لمبدأ أساسي مشترك يُعرف باسم "الديناميكية الداروينية". [ 35 ] وقد صِيغت الديناميكية الداروينية من خلال دراسة كيفية توليد النظام المجهري في أنظمة غير بيولوجية بسيطة نسبيًا، بعيدة عن التوازن الديناميكي الحراري (مثل الأعاصير القمعية والزوابع). ثم امتدت الدراسة لتشمل جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) القصيرة والمتضاعفة، والتي يُفترض أنها تُشابه أقدم أشكال الحياة في عالم الحمض النووي الريبي . وقد تبين أن عمليات توليد النظام الأساسية في الأنظمة غير البيولوجية وفي الحمض النووي الريبي المتضاعف متشابهة بشكل جوهري. يُساعد هذا النهج في توضيح العلاقة بين الديناميكا الحرارية والتطور، بالإضافة إلى المحتوى التجريبي لنظرية داروين .

في عام ٢٠٠٩، نشر الفيزيائي كارو مايكليان نظريةً للتبديد الديناميكي الحراري لأصل الحياة [ ٣٦ ] [ ٣٧ ] ، حيث يُعتقد أن الجزيئات الأساسية للحياة، كالأحماض النووية والأحماض الأمينية والكربوهيدرات (السكريات) والدهون، قد تشكلت في الأصل كبنى مجهرية مُبددة للطاقة (عبر بنية بريغوجين المُبددة للطاقة [ ٣٨ ] ) على شكل أصباغ على سطح المحيط لامتصاص وتبديد تدفق الأشعة فوق البنفسجية القصيرة (UVC) من ضوء الشمس الواصل إلى سطح الأرض خلال حقبة الأركي، تمامًا كما تفعل الأصباغ العضوية في نطاق الضوء المرئي اليوم. وقد تشكلت هذه الأصباغ المُبددة للطاقة من خلال بنية كيميائية ضوئية مُبددة للطاقة من جزيئات أولية أكثر شيوعًا وبساطة، مثل سيانيد الهيدروجين (HCN) والماء (H₂O)، تحت تأثير تدفق الأشعة فوق البنفسجية القصيرة (UVC) من ضوء الشمس. [ 36 ] [ 37 ] [ 39 ] كانت الوظيفة الديناميكية الحرارية للأصباغ الأصلية (الجزيئات الأساسية للحياة) هي زيادة إنتاج الإنتروبيا للمحيط الحيوي الناشئ تحت تدفق الفوتونات الشمسية، وهذا في الواقع لا يزال أهم وظيفة ديناميكية حرارية للمحيط الحيوي اليوم، ولكن الآن بشكل رئيسي في المنطقة المرئية حيث تكون شدة الفوتونات أعلى ومسارات التخليق الحيوي أكثر تعقيدًا، مما يسمح بتخليق الأصباغ من ضوء مرئي منخفض الطاقة بدلاً من ضوء الأشعة فوق البنفسجية الذي لم يعد يصل إلى سطح الأرض.

وضع جيريمي إنجلاند فرضيةً حول فيزياء نشأة الحياة، أطلق عليها اسم " التكيف المدفوع بالتبديد ". [ 40 ] [ 41 ] تنص هذه الفرضية على أن مجموعات عشوائية من الجزيئات يمكنها أن تنظم نفسها ذاتيًا لامتصاص الحرارة من البيئة وتبديدها بكفاءة أكبر. وتؤكد فرضيته أن هذه الأنظمة ذاتية التنظيم جزء لا يتجزأ من العالم المادي. [ 42 ]

أنواع أخرى من الإنتروبيا واستخدامها في تعريف الحياة

كما هو الحال في الأنظمة الديناميكية الحرارية، يمتلك نظام المعلومات مفهومًا مشابهًا للإنتروبيا يُسمى إنتروبيا المعلومات . هنا، تُقاس الإنتروبيا بزيادة أو نقصان حداثة المعلومات. تُظهر مسارات تدفق المعلومات الجديدة نمطًا مألوفًا، إذ تميل إلى زيادة أو نقصان عدد النتائج المحتملة بنفس الطريقة التي تزيد بها مقاييس الإنتروبيا الديناميكية الحرارية أو تنقصان فضاء الحالة. وكما هو الحال في الإنتروبيا الديناميكية الحرارية، تستخدم إنتروبيا المعلومات مقياسًا لوغاريتميًا: –P(x) log P(x)، حيث P هي احتمالية حدوث نتيجة معينة x. [ 43 ] يرتبط انخفاض إنتروبيا المعلومات بانخفاض عدد النتائج المحتملة في نظام المعلومات.

في عام ١٩٨٤، قدّم بروكس وويلي مفهوم إنتروبيا الأنواع كمقياس لمجموع انخفاض الإنتروبيا داخل تجمعات الأنواع نسبةً إلى الطاقة الحرة في البيئة. [ ٤٤ ] تُصنّف إنتروبيا بروكس-ويلي تغيرات الإنتروبيا إلى ثلاث فئات: المعلومات، والتماسك، والأيض. تقيس إنتروبيا المعلومات كفاءة المعلومات الوراثية في تسجيل جميع التوليفات الوراثية المحتملة. أما إنتروبيا التماسك فتدرس الروابط الجنسية داخل التجمع. بينما تُستخدم إنتروبيا الأيض، وهي الإنتروبيا الكيميائية المعروفة، لمقارنة التجمع بنظامه البيئي. ويُمثّل مجموع هذه الفئات الثلاث مقياسًا لإنتروبيا عدم التوازن التي تُحفّز التطور على مستوى التجمع.

تقترح مقالة لهيلمان نُشرت عام ٢٠٢٢ في مجلة "أكتا بيوثيوريتيكا" تحديد مقياس تباعد لأنواع الإنتروبيا الثلاثة هذه: الإنتروبيا الديناميكية الحرارية، وإنتروبيا المعلومات، وإنتروبيا الأنواع. [ ٤٥ ] عندما تكون هذه الأنواع الثلاثة محددة بشكل زائد، تنشأ حرية شكلية مشابهة لكيفية نشوء الكيرالية من الحد الأدنى لعدد الأبعاد. فبمجرد وجود أربع نقاط على الأقل للذرات، على سبيل المثال، في جزيء يحتوي على ذرة مركزية، يصبح من الممكن وجود متماثلين ضوئيين يمين ويسار. وبالمثل، بمجرد بلوغ عتبة التحديد الزائد في الإنتروبيا في الأنظمة الحية، ستنشأ مساحة حالة داخلية تسمح بترتيب عمليات النظام. وتُعد عملية الترتيب الداخلي هذه عتبةً للتمييز بين الأنظمة الحية وغير الحية.

الانتروبيا والبحث عن الحياة خارج كوكب الأرض

في عام ١٩٦٤، كان جيمس لوفلوك ضمن مجموعة من العلماء الذين طلبت منهم وكالة ناسا تصميم نظام نظري للكشف عن الحياة على المريخ خلال مهمات فايكنغ القادمة . تمثل التحدي الأكبر في تحديد كيفية بناء اختبار يكشف عن وجود حياة خارج كوكب الأرض تختلف اختلافًا جوهريًا عن علم الأحياء كما نعرفه. عند دراسة هذه المشكلة، طرح لوفلوك سؤالين: "كيف لنا أن نتأكد من أن نمط الحياة على المريخ، إن وُجد، سيظهر في الاختبارات القائمة على نمط الحياة على الأرض؟"، بالإضافة إلى السؤال الأكثر تعقيدًا: "ما هي الحياة، وكيف يمكن التعرف عليها؟"

نظرًا لتعارض هذه الأفكار مع المناهج التقليدية التي تفترض أن البصمات البيولوجية على الكواكب الأخرى ستكون مشابهة لتلك الموجودة على الأرض، فقد سُئل لوفلوك، أثناء مناقشة هذه المسألة مع بعض زملائه في مختبر الدفع النفاث ، عما سيفعله للبحث عن حياة على المريخ. فأجاب: "سأبحث عن انخفاض في الإنتروبيا، لأن هذه سمة عامة للحياة". ولعلّ الأنسب صياغة هذه الفكرة على أنها بحث عن اختلالات كيميائية مستدامة مرتبطة بحالات انخفاض الإنتروبيا الناتجة عن العمليات البيولوجية، ومن خلال مزيد من التعاون، تطورت إلى فرضية مفادها إمكانية الكشف عن البصمات البيولوجية من خلال فحص تركيب الغلاف الجوي. وقد توصل لوفلوك، من خلال دراسة الغلاف الجوي للأرض، إلى أن هذا المقياس لديه بالفعل القدرة على الكشف عن وجود حياة. وكان لهذا الأمر دلالة على أن المريخ على الأرجح خالٍ من الحياة، إذ يفتقر غلافه الجوي إلى أي بصمة شاذة من هذا القبيل. [ 46 ]

تم توسيع نطاق هذا العمل مؤخرًا ليشمل الكشف عن المؤشرات الحيوية في أغلفة الكواكب الخارجية. ففي جوهره، قد يشير رصد غازات متعددة لا تكون عادةً في حالة توازن مستقر مع بعضها البعض في غلاف جوي لكوكب ما إلى إنتاج حيوي لواحد أو أكثر منها، بطريقة لا تتطلب افتراضات حول التفاعلات الكيميائية الحيوية الدقيقة التي قد تستخدمها الحياة خارج الأرض أو المنتجات المحددة التي ستنتج عنها. ومن الأمثلة الأرضية على ذلك تعايش غازي الميثان والأكسجين، اللذين سينضب كلاهما في نهاية المطاف لولا الإنتاج الحيوي المستمر. ويمكن وصف مقدار عدم التوازن من خلال حساب الفرق بين طاقات جيبس ​​المرصودة وطاقات جيبس ​​في حالة التوازن لتركيبة غلاف جوي معينة؛ ويمكن إثبات أن هذه الكمية قد تأثرت بشكل مباشر بوجود الحياة عبر تاريخ الأرض. [ 47 ] وسيوفر تصوير الكواكب الخارجية بواسطة التلسكوبات الأرضية والفضائية المستقبلية قيودًا رصدية على تركيبات أغلفة الكواكب الخارجية، والتي يمكن تطبيق هذا النهج عليها. [ 48 ]

لكن ثمة محاذير تتعلق بإمكانية أن تُشكل الاختلالات الكيميائية مؤشرًا مضادًا للحياة، وذلك بحسب السياق. في الواقع، يُحتمل وجود اختلال كيميائي قوي على سطح الأرض في بداياتها قبل نشأة الحياة، نتيجةً لتفاعل نواتج الانبعاثات البركانية المستمرة مع بخار الماء المحيطي. في هذه الحالة، كان الاختلال ناتجًا عن نقص الكائنات الحية القادرة على استقلاب المركبات الناتجة. وقد انخفض هذا الخلل بوجود الكائنات الكيميائية التغذية ، التي تعمل على إزالة هذه الغازات الجوية، مما يُهيئ بيئةً أكثر استقرارًا حراريًا قبل ظهور النظم البيئية الضوئية. [ 49 ]

في عام 2013، جادل أزوا-بوستوس وفيغا بأنه بغض النظر عن أنواع الكائنات الحية التي يُمكن تصورها على الأرض وفي أماكن أخرى من الكون، ينبغي أن تشترك جميعها في خاصية تقليل إنتروبيتها الداخلية على حساب الطاقة الحرة المُستمدة من محيطها. وبما أن الإنتروبيا تسمح بقياس درجة الفوضى في النظام، فإن أي كائن حي مُتصور يجب أن يتمتع بدرجة أعلى من النظام مقارنةً ببيئته المُحيطة. وقد أظهر هذان الباحثان أنه باستخدام تحليل الرياضيات الكسورية فقط، يُمكنهما بسهولة قياس درجة اختلاف التعقيد البنيوي (وبالتالي الإنتروبيا) للعمليات الحية ككيانات مُستقلة عن بيئاتها غير الحيوية المُشابهة. قد يُتيح هذا النهج الكشف المُستقبلي عن أشكال حياة غير معروفة في النظام الشمسي وعلى الكواكب الخارجية المُكتشفة حديثًا، وذلك بالاعتماد فقط على فروق الإنتروبيا لمجموعات بيانات مُتكاملة (الشكل، اللون، درجة الحرارة، الرقم الهيدروجيني، التركيب النظائري، إلخ). [ 50 ]

الانتروبيا في علم النفس

نُقل مفهوم الإنتروبيا كفوضى من الديناميكا الحرارية إلى علم النفس على يد الطبيب النفسي البولندي أنطوني كيبينسكي ، الذي أقرّ بتأثره بإرفين شرودنغر. [ 51 ] في إطاره النظري الذي صُمم لتفسير الاضطرابات النفسية ( نظرية استقلاب المعلومات )، فُسّر الفرق بين الكائنات الحية والأنظمة الأخرى بقدرتها على الحفاظ على النظام. فعلى عكس المادة الجامدة، تحافظ الكائنات الحية على النظام الخاص لبنيتها الجسدية وعوالمها الداخلية، والذي تُفرضه على محيطها وتُورّثه للأجيال الجديدة. وتنتهي حياة الكائن الحي أو النوع بمجرد فقدانه هذه القدرة. [ 52 ] ويتطلب الحفاظ على هذا النظام تبادلًا مستمرًا للمعلومات بين الكائن الحي ومحيطه. في الكائنات الحية العليا، تُكتسب المعلومات بشكل رئيسي من خلال المستقبلات الحسية وتُستقلب في الجهاز العصبي . والنتيجة هي الفعل - شكل من أشكال الحركة ، مثل المشي ، والكلام، والحركة الداخلية للأعضاء، وإفراز الهرمونات ، وما إلى ذلك. وتُصبح ردود فعل كائن حي إشارة معلوماتية للكائنات الحية الأخرى. لا يمكن أن يحدث استقلاب المعلومات ، الذي يسمح للأنظمة الحية بالحفاظ على النظام، إلا بوجود تسلسل هرمي للقيمة، إذ يجب أن تكون الإشارات الواردة إلى الكائن الحي منظمة. لدى البشر، يتكون هذا التسلسل الهرمي من ثلاثة مستويات: البيولوجي، والعاطفي، والاجتماعي الثقافي. [ 53 ] أوضح كيبينسكي كيف أن العديد من الاضطرابات النفسية تنجم عن تشوهات في هذا التسلسل الهرمي، وأن استعادة الصحة النفسية ممكنة من خلال ترميمه. [ 54 ]

واصل ستروزيك تطوير هذه الفكرة، مقترحًا أن نظرية استقلاب المعلومات لكيبينسكي يمكن اعتبارها امتدادًا لمبدأ الإنتروبيا السالبة للمعلومات لليون بريلوين . [ 55 ] وفي عام 2011، أعاد هيرش وزملاؤه طرح مفهوم "الإنتروبيا النفسية" على علماء النفس. [ 56 ] وعلى غرار كيبينسكي، لاحظ هؤلاء الباحثون أن إدارة عدم اليقين قدرة بالغة الأهمية لأي كائن حي. ويُختبر عدم اليقين، الناجم عن التضارب بين الإمكانيات الإدراكية والسلوكية المتنافسة ، ذاتيًا على أنه قلق . واقترح هيرش وزملاؤه أن كلا المجالين الإدراكي والسلوكي يمكن تصورهما كتوزيعات احتمالية ، وأن مقدار عدم اليقين المرتبط بتجربة إدراكية أو سلوكية معينة يمكن قياسه باستخدام صيغة الإنتروبيا لكلود شانون .

الاعتراضات

مفهوم الإنتروبيا مُعرَّفٌ تعريفًا دقيقًا للأنظمة المتوازنة، ولذلك فقد طُرحت اعتراضات على توسيع نطاق القانون الثاني للديناميكا الحرارية والإنتروبيا ليشمل الأنظمة البيولوجية، لا سيما فيما يتعلق باستخدامه لدعم نظرية التطور أو دحضها. [ 57 ] [ 58 ] وتعمل الأنظمة الحية، بل والعديد من الأنظمة والعمليات الأخرى في الكون، بعيدًا عن حالة التوازن.

مع ذلك، يُعرَّف مفهوم الإنتروبيا تعريفًا أوسع بكثير، استنادًا إلى احتمالات حالات النظام، سواءً كان النظام ديناميكيًا أم لا (حيث يكون التوازن ذا صلة). حتى في الأنظمة الفيزيائية التي قد يكون التوازن فيها ذا صلة، (1) لا تستطيع الأنظمة الحية البقاء بمعزل عن غيرها، و(2) لا يشترط المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية تحويل الطاقة الحرة إلى إنتروبيا عبر أقصر مسار: فالكائنات الحية تمتص الطاقة من ضوء الشمس أو من المركبات الكيميائية الغنية بالطاقة، ثم تُعيد جزءًا من هذه الطاقة إلى البيئة على شكل إنتروبيا (عادةً على شكل حرارة ومركبات منخفضة الطاقة الحرة كالماء وثاني أكسيد الكربون).

ساهم العالم البلجيكي إيليا بريغوجين ، طوال مسيرته البحثية، في هذا المجال من الدراسة وحاول حل تلك القيود المفاهيمية، وفاز بجائزة نوبل عام 1977. وكان من أبرز إسهاماته مفهوم النظام المبدد ، الذي يصف الديناميكا الحرارية للأنظمة المفتوحة في حالات عدم التوازن. [ 59 ]

كما أن مفارقة لوشميدت التي طرحها لوشميدت في عام 1876 تنتقد القانون الثاني من خلال الإشارة إلى أنه إذا كانت هناك حركة لنظام ما من الزمن t 0 إلى الزمن t 1 إلى الزمن t 2 تؤدي إلى انخفاض ثابت في H (زيادة الإنتروبيا ) مع مرور الوقت، فإن هناك حالة حركة أخرى مسموح بها للنظام عند t 1 ، يتم إيجادها عن طريق عكس جميع السرعات، والتي يجب أن تزداد فيها H.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ آدامز، هنري. (1986). تاريخ الولايات المتحدة الأمريكية خلال إدارة توماس جيفرسون (ص 1299). مكتبة أمريكا.
  2. ↑ آدامز، هنري. (1910). رسالة إلى معلمي التاريخ الأمريكيين. كتب جوجل ، نسخة PDF ممسوحة ضوئيًا . واشنطن.
  3. 1 2 أسيل، مارك جيه؛ ميتلاند، جيفري سي؛ ماسكو، توماس؛ فون ستوكار، أورس؛ ويكهام، ويليام أ؛ ويل، ستيفان (16 يونيو 2022). الأسئلة الشائعة في الديناميكا الحرارية: الطبعة الثانية (  الطبعة الثانية). بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. doi : 10.1201/9780429329524-8 . ISBN 978-0-429-32952-4.
  4. ↑ بولتزمان، لودفيج (1974). القانون الثاني للديناميكا الحرارية (الفيزياء النظرية والمشكلات الفلسفية) . سبرينغر-فيرلاغ نيويورك، ذ.م.م. رقم ISBN 978-90-277-0250-0.
  5. 1 2 ماكولو، ريتشارد سيرز (1876). رسالة في النظرية الميكانيكية للحرارة وتطبيقاتها على المحرك البخاري، إلخ . نيويورك: دي. فان نوستراند.
  6. ↑ شرودنغر، إرفين (1944). ما هي الحياة - الجانب الفيزيائي للخلية الحية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-42708-1.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  7. ↑ شنايدر، إريك د.؛ ساجان، دوريون (2005). في البرودة: الديناميكا الحرارية لتدفق الطاقة والحياة . شيكاغو، الولايات المتحدة: مطبعة جامعة شيكاغو. ص 15. 
  8. ↑ إن التبرير الشائع لهذه الحجة، على سبيل المثال، وفقًا للمهندس الكيميائي الشهير كينيث دينبي في كتابه الصادر عام 1955 بعنوان " مبادئ التوازن الكيميائي" ، هو أن "الكائنات الحية منفتحة على بيئتها ويمكنها أن تتراكم على حساب المواد الغذائية التي تتناولها وتحللها".
  9. ↑ نيلسون، ب. (2004). الفيزياء الحيوية، الطاقة، المعلومات، الحياة . دبليو إتش فريمان وشركاه. ISBN 0-7167-4372-8
  10. ↑ بيترسون، جاكوب. "فهم الديناميكا الحرارية للنظام البيولوجي". معلم الأحياء الأمريكي ، 74، العدد 1، يناير 2012، ص 22-24.
  11. ↑ موروز، آدم (2012). الظواهر المتطرفة المشتركة في علم الأحياء والفيزياء . إلسيفير. ISBN 978-0-12-385187-1.
  12. ↑ هيغز، بي جي، وبودريتز، آر إي (2009). "أساس ديناميكي حراري لتخليق الأحماض الأمينية ما قبل الحيوية وطبيعة الشفرة الوراثية الأولى". قُبل للنشر في مجلة علم الأحياء الفلكي.
  13. ↑ لينينجر، ألبرت (1993). مبادئ الكيمياء الحيوية، الطبعة الثانية . دار نشر وورث. رقم ISBN 978-0-87901-711-8.
  14. ↑ أفيري، جون (2003). نظرية المعلومات والتطور . وورلد ساينتيفيك. ISBN 978-981-238-399-0.
  15. ↑ ليزا زيغا (11 أغسطس 2008). "التطور كما يصفه القانون الثاني للديناميكا الحرارية" . Physorg.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2008 .
  16. ^ كايلا، في آر؛ أنيلا، أ. (8 نوفمبر 2008). "الانتقاء الطبيعي لأقل قدر من العمل" . وقائع الجمعية الملكية أ . 464 (2099): 3055–3070 . بيب كود : 2008RSPSA.464.3055K . دوى : 10.1098/rspa.2008.0178 .
  17. 1 2 رايت، إس إي؛ روزن، إم إيه؛ سكوت، دي إس؛ هادو، جيه بي (يناير 2002). "تدفق الإكسرجي لانتقال الحرارة الإشعاعي في حالة خاصة لإشعاع الجسم الأسود". الإكسرجي . 2 (1): 24-33 . doi : 10.1016/s1164-0235(01)00040-1 . ISSN 1164-0235 . 
  18. 1 2 رايت، إس إي؛ روزن، إم إيه؛ سكوت، دي إس؛ هادو، جيه بي (يناير 2002). "تدفق الإكسرجي لانتقال الحرارة الإشعاعي مع طيف عشوائي". الإكسرجي . 2 (2): 69-77 . doi : 10.1016/s1164-0235(01)00041-3 . ISSN 1164-0235 . 
  19. 1 2 رايت، شون إي.؛ روزن، مارك أ. (1 فبراير 2004). "كفاءات الطاقة المتاحة ومحتوى الطاقة المتاحة للإشعاع الشمسي الأرضي". مجلة هندسة الطاقة الشمسية . 126 (1): 673-676 . doi : 10.1115/1.1636796 . ISSN 0199-6231 . 
  20. 1 2 3 رايت، إس إي (فبراير 2017). "بيان مفاهيمي معمّم وصريح لمبدأ القانون الثاني للديناميكا الحرارية". المجلة الدولية لعلوم الهندسة . 111 : 12-18 . doi : 10.1016/j.ijengsci.2016.11.002 . ISSN 0020-7225 . 
  21. 1 2 ستوكار، أورس فون (1 ديسمبر 2010). "الديناميكا الحرارية الحيوية للخلايا الحية: أداة للتكنولوجيا الحيوية والهندسة الكيميائية الحيوية" . مجلة الديناميكا الحرارية غير المتوازنة . 35 (4): 415-475 . Bibcode : 2010JNET...35..415V . doi : 10.1515/jnetdy.2010.024 . ISSN 1437-4358 . S2CID 201057207 .  
  22. ↑ شرودنغر، إروين (2010). ما هي الحياة؟ الجانب الفيزيائي للخلية الحية . سلسلة كامبريدج للكتب الورقية العلمية (طبعة مُعاد طباعتها ). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN  978-0-521-42708-1.
  23. ↑ جونرمان، ماثيو سي؛ بينيديكت، ماثيو إن؛ فيست، آدم إم؛ ميتكالف، ويليام دبليو؛ برايس، ناثان دي (2013). "إعادة بناء أيضية دقيقة جينوميًا وكيميائيًا حيويًا لبكتيريا ميثانوسارسينا باركيري فوسارو، iMG746". مجلة التكنولوجيا الحيوية . 8 (9): 1070-1079 . doi : 10.1002/biot.201200266 . ISSN 1860-7314 . PMID 23420771 .  
  24. ↑ كورادي، مايور ب.؛ ساها، شوفيك؛ سلامة، السيد؛ باتيل، سوابنيل م.؛ جوفيندوار، سانجاي ب.؛ جيون، بيونغ هون (1 يناير 2019). "التخليق الحيوي للميثان بواسطة بكتيريا ميثانوسارسينا في الهضم اللاهوائي المشترك للدهون والزيوت والشحوم لتعزيز إنتاج الميثان" . مجلة تكنولوجيا الموارد الحيوية . 272 : 351-359 . Bibcode : 2019BiTec.272..351K . doi : 10.1016/j.biortech.2018.10.047 . ISSN 0960-8524 . PMID 30384210. S2CID 53211370 .   
  25. فون ستوكار، يو.؛ ليو، جيه. - إس. (4 أغسطس 1999). " هل تتغذى الحياة الميكروبية دائمًا على الإنتروبيا السالبة؟ تحليل ديناميكي حراري لنمو الميكروبات" . مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - بيوينرجيتكس . 1412 (3): 191-211 . Bibcode : 1999BBAcB1412..191V . doi : 10.1016/S0005-2728(99)00065-1 . ISSN 0005-2728 . PMID 10482783 .  
  26. ↑ ووريل، في إي؛ ناجل، دي بي؛ مكارثي، دي؛ آيزنبراون، إيه (1988). "نظام التحول الجيني في البكتيريا القديمة Methanobacterium thermoautotrophicum Marburg" . مجلة علم البكتيريا . 170 (2): 653-656 . doi : 10.1128/jb.170.2.653-656.1988 . ISSN 0021-9193 . PMC 210704. PMID 3422229 .   
  27. ↑ شيل، ن. أ.؛ ليو، ج. س.؛ ستوكار، يو. في. (5 يوليو 1999). "التحليل الديناميكي الحراري لنمو بكتيريا الميثانوبكتيريوم ثيرموأوتوتروفيكوم". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 64 (1): 74-81 . doi : 10.1002/(sici)1097-0290(19990705)64:1 < 74::aid-bit8 > 3.0.co ; 2-3 . ISSN 1097-0290 . PMID 10397841 .  
  28. ↑ مولنار، سي.؛ غاير، ج. (2015). مفاهيم علم الأحياء - الطبعة الكندية الأولى . بي سي كامبس.
  29. ↑ ترجمة (بقلم آن سينج) لكتاب أصل الحياة على الأرض بقلم أ. ل. أوبارين، 1958. 1958–1960.
  30. ↑ باسكال، روبرت (14 سبتمبر 2012)، "الحياة، الأيض، والطاقة"، الكيمياء الفلكية وعلم الأحياء الفلكي ، برلين، هايدلبرغ: سبرينغر برلين هايدلبرغ، ص 243-269 ، doi : 10.1007/978-3-642-31730-9_8 ، ISBN  978-3-642-31729-3
  31. ↑ ستويكن، إيفا إي؛ غاردينر، نيكولاس جيه (1 يناير 2021). المنصة الجيولوجية لأصل الحياة على الأرض . Bibcode : 2021pcol.book...63S .
  32. ↑ أرهينيوس، ج.؛ ساليس، ب.؛ موجزيس، س.؛ لي، ت. (1997). "الإنتروبيا والشحنة في التطور الجزيئي - حالة الفوسفات". مجلة البيولوجيا النظرية . 187 (4): 503-522 . Bibcode : 1997JThBi.187..503A . doi : 10.1006/jtbi.1996.0385 . ISSN 0022-5193 . PMID 9299295 .  
  33. ↑ راسل، مايكل ج. (1 يونيو 2007). "الحل القلوي لظهور الحياة: الطاقة، والإنتروبيا، والتطور المبكر". مجلة أكتا بيوثيوريتيكا . 55 (2): 133-179 . رمز Bibcode : 2007AcBio..55..133R . doi : 10.1007/s10441-007-9018-5 . ISSN 1572-8358 . PMID 17704896. S2CID 610254 .   
  34. ↑ ألتير، تياغو؛ بورخيس، لويز جي إف؛ غالانت، دوغلاس؛ فاريلا، هاميلتون (2021). "مناهج تجريبية لاختبار فرضية ظهور الحياة في الفتحات القلوية تحت سطح البحر" . مجلة لايف . 11 (8): 777. Bibcode : 2021Life...11..777A . doi : 10.3390/life11080777 . ISSN 2075-1729 . PMC 8401828. PMID 34440521 .   
  35. ↑ بيرنشتاين هـ، بايرلي هـ س، هوبف ف أ، ميشود ر أ، فيمولابالي ج ك. (1983) الديناميكية الداروينية. المجلة الفصلية لعلم الأحياء 58، 185-207. JSTOR 2828805
  36. 1 2 مايكليان، كارو (2009). "الأصل الديناميكي الحراري للحياة" . ديناميكيات نظام الأرض . 2 (1): 37-51 . arXiv : 0907.0042 . Bibcode : 2011ESD.....2...37M . doi : 10.5194/esd-2-37-2011 . S2CID 14574109 . 
  37. 1 2 مايكليان، ك. (11 مارس 2011). "نظرية التبديد الديناميكي الحراري لأصل الحياة" . ديناميكيات نظام الأرض . 2 (1): 37-51 . arXiv : 0907.0042 . Bibcode : 2011ESD.....2...37M . doi : 10.5194/esd-2-37-2011 . ISSN 2190-4979 . S2CID 14574109 .  
  38. ↑ بريغوجين، آي. (1967). مقدمة في الديناميكا الحرارية للعمليات غير العكوسة . إنترساينس. OCLC 1171126768 . 
  39. ↑ مايكليان، كارو (2017). "البنية التشتتية المجهرية والتكاثر في أصل الحياة" . هيليون . 3 (10) e00424. Bibcode : 2017Heliy...300424M . bioRxiv 10.1101/179382 . doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00424 . PMC 5647473 .  
  40. ↑ وولتشوفر، ناتالي (28 يناير 2014). "نظرية فيزيائية جديدة للحياة" . مجلة ساينتفك أمريكان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 ديسمبر 2014 .
  41. ↑ جونز، أوريون (9 ديسمبر 2014). "فيزيائي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقترح "معنى جديدًا للحياة"" . Big Think . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 ديسمبر 2014 .
  42. ↑ تعرف على عالمة الفيزياء اليهودية الأرثوذكسية التي تعيد التفكير في أصول الحياة " بقلم سيمونا واينجلاس ، صحيفة تايمز أوف إسرائيل، 29 أكتوبر 2015.
  43. ↑ شانون، سي دبليو (1948). "نظرية رياضية للاتصالات". مجلة بيل سيستم التقنية . 27 (3): 379-423 . Bibcode : 1948BSTJ...27..379S . doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x .
  44. ↑ بروكس، د. ر.؛ وايلي، إ. أ. (1984). "التطور كظاهرة إنتروبية". في بولارد، ج. و. (محرر). نظرية التطور: مسارات نحو المستقبل . لندن: جون وايلي وأولاده. ص 141-171 . ISBN  978-0-471-90026-9.
  45. ↑ هيلمان، دانيال (28 أبريل 2022). "إيجاد كائن حي أم خلقه؟ تجارب فكرية سابقة ومستقبلية في علم الأحياء الفلكي وتطبيقاته على الذكاء الاصطناعي" ( ملف PDF) . مجلة Acta Biotheoretica . 70 (13) 13. doi : 10.1007/s10441-022-09438-2 . PMID 35482102. S2CID 248394522 .  
  46. ↑ لوفلوك، جيمس (2000). جايا: نظرة جديدة على الحياة على الأرض . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-286218-1.
  47. ↑ كريسانسن-توتون، جوشوا؛ أولسون، ستيفاني؛ كاتلينج، ديفيد سي. (5 يناير 2018). "المؤشرات الحيوية لاختلال التوازن عبر تاريخ الأرض وآثارها على اكتشاف الحياة على الكواكب الخارجية" . مجلة ساينس أدفانسز . 4 (1) eaao5747. arXiv : 1801.08211 . Bibcode : 2018SciA....4.5747K . doi : 10.1126/sciadv.aao5747 . ISSN 2375-2548 . PMC 5787383. PMID 29387792 .   
  48. ↑ كريسانسن-توتون، جوشوا؛ بيرغسمان، ديفيد س.؛ كاتلينغ، ديفيد س. (2016). "حول اكتشاف المحيطات الحيوية من خلال عدم التوازن الديناميكي الحراري الكيميائي في الغلاف الجوي للكواكب". علم الأحياء الفلكي . 16 (1): 39-67 . arXiv : 1503.08249 . Bibcode : 2016AsBio..16...39K . doi : 10.1089/ast.2015.1327 . ISSN 1557-8070 . PMID 26789355. S2CID 26959254 .   
  49. ↑ ووجان، نيكولاس ف.؛ كاتلينج، ديفيد س. (2020). "متى يكون عدم التوازن الكيميائي في الأغلفة الجوية للكواكب الشبيهة بالأرض مؤشرًا حيويًا أم مؤشرًا مضادًا للحياة؟ حالات عدم التوازن من العوالم الميتة إلى العوالم الحية" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 892 (2): 127. arXiv : 1911.06852 . Bibcode : 2020ApJ...892..127W . doi : 10.3847/1538-4357/ab7b81 . ISSN 0004-637X . 
  50. ↑ فيغا-مارتينيز، كريستيان؛ أزوا-بوستوس، أرماندو (2013). "إمكانية الكشف عن 'الحياة كما لا نعرفها' من خلال تحليل التعقيد الفركتلي". المجلة الدولية لعلم الأحياء الفلكي . 12 (4): 314-320 . Bibcode : 2013IJAsB..12..314A . doi : 10.1017/S1473550413000177 . hdl : 10533/131814 . ISSN 1475-3006 . S2CID 122793675 .  
  51. ^ كيبينسكي ، أنتوني (1972). إيقاع الحياة (بالبولندية) . كراكوف: Wydawnictwo Literackie.
  52. ↑ بييتراك، كارول (2018). "أسس علم الاجتماع - مراجعة". بحوث الأنظمة المعرفية . 47 : 1-11 . doi : 10.1016/J.COGSYS.2017.07.001 . S2CID 34672774 . 
  53. ↑ شوخو، ماكسيميليان؛ ستيجر، فلوريان (2016). "أنتوني كيبينسكي (1918-1972)، رائد اضطراب ما بعد الصدمة" . المجلة البريطانية للطب النفسي . 208 (6): 590. doi : 10.1192/bjp.bp.115.168237 . PMID 27251694 . 
  54. ^ بولاكزيك ، ألكسندرا (2013). "مريض العلاقات – طبيب في الطب النفسي المحوري لأنطوني كوبينسكي" . Studia Ecologiae et Bioethicae UKSW (باللغة البولندية). 11 (2): 9-28 . دوى : 10.21697/seb.2013.11.2.01 .
  55. ↑ ستروزيك، تاديوس (1987). "استقلاب المعلومات لكيبينسكي، ومبدأ كارنو، ونظرية المعلومات". المجلة الدولية لعلم الأعصاب . 36 ( 1-2 ): 105-111 . doi : 10.3109/00207458709002144 . PMID 3654085 . 
  56. ↑ هيرش، جاكوب ب.؛ مار، ريموند أ.؛ بيترسون، جوردان ب. (2012). "الإنتروبيا النفسية: إطار لفهم القلق المرتبط بعدم اليقين" . مجلة علم النفس (نسخة أولية). 119 (2): 304-320 . doi : 10.1037/a0026767 . PMID 22250757 . 
  57. ↑ كالين، هربرت ب (1985). الديناميكا الحرارية ومقدمة في الديناميكا الحرارية الإحصائية. جون وايلي وأولاده.
  58. ↑ بن نعيم، أرييه (2012). الإنتروبيا والقانون الثاني. دار النشر العالمية العلمية.
  59. ↑ أوزيلجين، م.؛ سورغوفين، إ. (2017). الديناميكا الحرارية الحيوية: المبادئ والتطبيقات . روتليدج ودار نشر سي آر سي. ص 285-287 . 
  60. ↑ حداد، وسيم م.؛ تشيلابوينا، فيجاي سيخار؛ نيرسيسوف، سيرجي ج. (2005). الديناميكا الحرارية - منهج الأنظمة الديناميكية . مطبعة جامعة برينستون . ISBN 978-0-691-12327-1.
  61. ↑ شرودنغر، إرفين (1944). ما هي الحياة - الجانب الفيزيائي للخلية الحية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-42708-1.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )

للمزيد من القراءة