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Termodinâmica e evolução: O velho argumento da segunda lei

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Como Jason, personagem da série de filmes "Sexta-feira 13", ou Mike Myers, da série de filmes "Halloween", que sempre levantam após serem “mortalmente” golpeados (ao fundo em imagem desfocada), certos argumentos anti-evolucionistas parecem também ter o mesmo vigor “sobrenatural”. Nestes casos, precisamos de um “algo mais”. Algum tipo de estratégia de combate que seja simples, efetiva e possa ser rapidamente divulgada. Na falta de turbas enfurecidas portanto tochas, ancinhos e foices, como as que perseguiram e cercaram o pobre monstro do doutor Frankenstein. Mortos-vivos são sempre um problema, George Romero que o diga, por isso precisamos desenvolver estratégias mais diretas ao seu combate. Por isso, precisamos de algo tão efetivo e simples como estacas e machados no combate aos vampiros, pelo menos aqueles da mitologia cinematográfica clássica.


Uma das primeiras providências é entender contra o que estamos lutando, já que estacas não adiantam contra zumbis e tiros na cabeça não funcionam contra s vampiros. No máximo estas estratégias podem nos dar algum pouco de tempo para fugir e reagrupar. Precisamos mesmo é de métodos específicos para cada ameaça e cuidados específicos para evitar a infecção em cada caso.


Deixando os filmes de terror de lado (e voltando para o assustador mundo real), na contenda entre cientistas e anti-evolucionistas, o primeiro passo é perceber que esta é uma disputa de natureza política e ideológica. Não existe debate científico sobre os méritos da evolução, como fato, e da biologia evolutiva como o campo legítimo de investigação deste fenômeno, o que resta de disputa sobre estes dois tópicos é fruto de pura ideologia e desinformação. Por isso, nem sempre as definições e argumentos que os cientistas estão habituados a empregar, dentro de suas próprias comunidades de pesquisa, são os mais indicados para convencer leigos e não-especialistas. Isto acontece porque as ciências são empreitadas bastante heterogenias em seu conteúdo e em seus métodos. As ciências são subdivididas em campos nos quais a especialização é muito necessária. O problema é que no debate entre cientistas e criacionistas, apenas um lado se preocupa com a precisão das informações e o rigor dos métodos, o outro lado usa qualquer argumento distorcido, falácia ou estratégia retórica dúbia para chegar aos seus objetivos. Assim físicos, ao explicar os detalhes sobre a cosmologia do Big Bang, podem ser interpelados por criacionistas questionando sobre a origem da vida ou funcionamento da seleção natural. De forma semelhante, biólogos, dissertando sobre a genética de populações, podem ouvir perguntados sobre a segunda lei da termodinâmica. Sim a famigerada "segunda lei".


Esta lei está na base de um dos argumentos “mortos-vivos” mais insistentemente repetidos pelos criacionistas. Recentemente, em artigo para o periódico Evolution: Education and Outreach, dois pesquisadores propuseram-se à fornecer algumas i

estratégias (e exemplos retirados de um 'experimento de pensamento' muito plausível) para desarmar as distorções que cercam certos enunciados da segunda lei da termodinâmica, frequentemente usados como argumento anti-evolucionista. O artigo Evolution and the Second Law of Thermodynamics Effectively Communicating to Non-technicians, de autoria de Alexander Schreiber & Steven Gimbel, é uma ótima aquisição ao arsenal de “armas” na defesa do ensino de evolução.


Neste artigo, Schreiber e Gimbeli, desenvolvem algumas explicações, imagens e metáforas acessíveis para ajudar aos não-técnicos compreender o funcionamento do mundo natural, ilustrando as falhas na argumentação anti-evolucionista. Nas palavras dos próprios autores:


“Neste trabalho, buscamos formular ferramentas efetivas para comunicar as falácias contidas no argumento dos advogados do anti-evolucionismo de que a especiação pela evolução viola a segunda lei da termodinâmica (ver, por exemplo, Morris 1987, 38-64). O argumento anti-evolucionista pode ser apresentado da seguinte forma:



1. A teoria da evolução sustenta que as espécies atuais desenvolveram-se a partir de formas de vida anteriores.

2. Essas formas de vida anteriores eram mais simples tendo menos capacidades e sistemas menos complexos.

3. Portanto, teoria evolutiva afirma que os organismos tornaram-se melhor ordenados ao longo do tempo.

4. A segunda lei da termodinâmica diz que a entropia aumenta, isto é, sistemas ao longo do tempo tornam-se mais desordenados.

5. Assim, tanto a teoria evolutiva e a segunda lei da termodinâmica não podem ser ambas corretas.

6. A Física é um campo mais básicas ou bem estabelecido que biologia.

7. Portanto, devemos preferir a segunda lei da termodinâmica e rejeitar a teoria evolucionista."


Segundo Schreiber e Gimbeli, existem três erros principais neste argumento:(a) seu entendimento da segunda lei da termodinâmica e da noção de entropia, (b) o âmbito de aplicação da segunda lei da termodinâmica, (c) não compreender a maneira pela qual os mecanismos subjacentes genética estão em perfeita consonância com as leis físicas. A partir destes fatos os autores concluem que é preciso criar maneiras de
comunicar de forma eficaz estas falhas para o público em geral.


A segunda lei da termodinâmica é bem conhecida por excluir a possibilidade de máquinas de movimento perpétuo. Os autores enfatizam o fato de como é impressionante como formulações tão “esotéricas” tenham sua origem em uma questão tão prática como "quão eficiente podemos tornar motores a vapor?". A idéia de que a a segunda lei afirma que a desordem invariavelmente aumentará em um sistema, advém de uma confusão dos próprios cientistas que primeiro a formularam. A segunda lei foi formulada de diversas formas por vários pesquisadores, desde Sardi Carnot, até Boltzmann, passando por Clausius, Lorde Kelvin e Max Planck. Uma divisão entre estes cientistas era com relação a natureza deste principio, com alguns deles (como Clausius) enfatizando a universalidade e determinismo do processo, em analogia as leis de movimento de Newton, e outros, especialmente Boltzmann, preferindo uma versão probabilística que por fim se mostrou a mais utilizada, com o advento da mecânica estatística.


"Cientistas e engenheiros descobriram que, ao tentar converter uma forma de energia, por exemplo, o calor, em outra forma de energia, por exemplo, o movimento, nunca eramos capazes de fazer a transferência de forma completa, há sempre alguma energia perdida. Pense nisto em termos de moeda. Sempre que trocar dinheiro, por exemplo de dólares para euros, o banco cobra uma taxa de transação. Assim Se nós continuássemos trocando sempre o dinheiro, acabaríamos por falir mesmo com uma taxa de câmbio fixa. Dado o sua bem-comportada irmã, a primeira lei da termodinâmica (Que a energia é sempre conservada, nem criado nem destruídos), os investigadores procuraram uma forma de quantificar a e explicar essa 'taxa de transação de energia'. Essa explicação os levaram a postular uma estranha quantidade, não diretamente observável: a entropia. Ela mede a "desordem" de um sistema em termos do número de micro-arranjos de moléculas acessível para um sistema em um determinado macro-estado em uma determinada temperatura, pressão e volume. Eles constataram que "em qualquer processo em que um isolado termicamente sistema passa de um macroestado para outro, a entropia tende a aumentar (Reif 1965, 122)."



Esta tendência é que recebeu diversas interpretações e foi alvo de intenso debate que acabou sendo vencido, postumamente, por Boltzmann.


Então o que é entropia?


"A entropia é uma medida do número de estados possíveis em que um sistema pode ser encontrado, caso o sondemos. Uma vez que o fluxo de calor vai no sentido de 'morno' para 'frio', um sistema que ainda não está em equilíbrio, está em fluxo, ou seja está mudando. Assim, o número de estados possíveis em que o sistema poderia ser encontrado aumenta ao longo do tempo."


Para esclarecer a natureza probabilística da segunda lei da termodinâmica, Schreiber e Gimbel propõem a seguinte analogia:


'"Pense em um baralho de cartas. Se você sentar numa mesa de poker com sete pessoas a jogar five-card stud e usar um baralho novinho saído direito da caixa lacrada, os resultados são óbvios porque as novas cartas são inseridas na caixa de forma ordenada. A pessoa a esquerda de quem dá as mãos receberá necessariamente um seis e rei de espadas, um de sete e Ás de ouros, e de oito dos paus e terá a mão mais alta. Mas se as cartas forem embaralhadas uma vez, os resultados serão diferentes. Dado que a metade superior da pilha estará organizada em ordem crescente de espadas e o embaralhamento, em geral, começa quando as cartas cortadas mais ou menos no meio e entrelaçadas, aproximadamente, alternando umas as outras cartas, há uma boa chance de que o ás de espadas será um das primeiras cartas dadas e quase certamente acabará nas mãos de alguém. Agora, se as cartas são embaralhadas sete, dez ou vinte vezes, as chances de que o ás de espadas apareça, torna-se menor e menor , e a cada embaralhada adicional das cartas, a probabilidade de obter o ás de espadas se aproxima do probabilidade de obter qualquer outra carta. Isso é o que a entropia mede. Com um sistema aproximando-se do equilíbrio, as chances de encontrá-lo em algum estado particular dosistema – alguma ordem particular de cartas - aproxima-se do probabilidade de encontrá-lo em qualquer outro estado, ou qualquer outra ordem de cartas."


Em seguida, Schreiber e Gimbel buscam três objetivos: (1) explicitar que uma característica inerente de todos os organismos vivos é que estes são sistemas abertos que mantêm ordem que o seu entorno através da importação livre energia (nutrientes) e exportando a entropia (calor e de resíduos); os autores concentram-se no papel da membrana celular semi-permeável como mediador da ordem interna. (2) explicar como entropia pode diminuir localmente dentro de subsistemas e como a complexidade dos organismos pode aumentar ao longo do tempo evolutivo enquanto houver um maior aumento na entropia em outra parte do sistema. O foco aqui é no Sol, como a fonte derradeira da Terra, de luz de baixa entropia, e como os produtores (plantas e cianobactérias) capturaram esta baixa entropia impulsionando a evolução da complexidade; (3) discutir como os organismos podem ser vistos termodinamicamente como sistemas de transferência de energia, com mutações benéficas permitam que os organismos dispersem energia de forma mais eficiente para seu ambiente. No artigo, os autores propõem um simples “experimento mental " utilizando culturas de bactérias para transmitir a idéia de que a seleção natural favorece mutações genéticas que levam à taxas mais rápidas de aumento de entropia em um ecossistema.


A segunda lei da termodinâmica:


Mesmo que ainda hajam muitos desafios em compreender em detalhe os processos biológicos de um ponto de vista termodinâmico (além de seu papel particular na evolução) não existe contradição entre a segunda lei e a biologia evolutiva. Este é o primeiro ponto a ser enfatizado.


O estudo da termodinâmica na biofísica e bioquímica vem de longa data. Erwin Schrödinger, com seu livro “O que é vida?”, foi um dos primeiros a lançar luz sobre esta questão, reconhecendo que os seres vivos são sistemas abertos e mantem sua ordem a partir do consumo de “neguentropia”, ou seja, forma mais ordenadas de energia. Já nos anos 50 e 60, o físico-químico Russo-Belga Illya Prigogine, começou a estudar os
sistemas longe do equilíbrio termodinâmico, submetidos a gradientes de energia. Prigogine foi um dos primeiros a reconhecer que os seres vivos, juntamente com processos físicos e químicos, eram um subconjunto daquilo que ele chamou de estruturas dissipativas, que incluem redemoinhos, ciclones, reações químicas oscilantes, como a de Belousov-Zhabotinsky, e células convectivas de Rayleigh-Bénard.

Mais recentemente alguns físicos se propuseram a calcular o impacto da evolução no aumento de entropia da biosfera e suas adjacências e compará-lo com o aporte de energia fornecido pelo sol. Daniel Styler mostrou elegantemente que a Terra é banhada por cerca de um trilhão de vezes a quantidade de fluxo de entropia necessária para suportar a evolução da vida complexa. De forma semelhante o físico Emory Bunn mostrou que a evolução da vida complexa existente é perfeitamente compatível com a segunda lei da termodinâmica, desde que este processo tenha levado pelo menos cerca de 107segundos, ou seja, 116 dias.

Este é o tempo mínimo necessário para gerar a complexidade que vemos ao nosso redor, levando-se em conta o fluxo de energia do sol. Este simples cálculo é corroborado pelo fato de que a vida teve, pelo menos, 4 bilhões de anos para evoluir em nosso planeta.


Schreiber e Gimbeli citam Kaila e Annila, da Universidade de Helsínque, que descreveram matematicamente a evolução biológica com equações de movimento. Seus resultados mostram que, na ausência de uma fonte externa de alta energia, a energia flui em direção a um estado estacionário (Equilíbrio), conforme descrito pela segunda lei da termodinâmica. Os pesquisadores descreveram a evolução como um processo de transferência de energia, e uma vez que o movimento físico sempre leva a caminho de menor resistência (ou seja, o princípio de ação mínima) organismos pode ser descritos matematicamente como sistemas dissipativos que maximizam a taxa de produção de entropia de um sistema mais amplo.



"A segunda lei da termodinâmica claramente não proibe a construção de complexidade a partir da simplicidade. A natureza é repleta de exemplos de ordem espontânea que emanam de uma estado menos ordenado, tais como gases (por exemplo, vapor de água nas nuvens) que condensam em um estado mais ordenado líquido (chuva) e congelamento de líquidos em um mesmo mais altamente ordenado sólidos estado cristalino (por exemplo, cristais de gelo). Talvez o mais dramático exemplo biológico mais comum de que ordem espontânea, derivada de um estado menos ordenado, é o desenvolvimento de um única célula, o zigoto, em um complexo ser multicelular formado por bilhões células, possuindo dezenas órgãos especializados, células e tecido diferenciados de diversos tipos. Claramente, a síntese do floco de neve e embriogênese não violar nenhuma lei da física, então o que está acontecendo?"


“Em suma, a síntese da ordem cobra um preço energético: O custo da conversão de água relativamente desordenada de gotas, em um floco de neve, mais ordenada é a liberação de calor ao meio ambiente; o custo da embriogênese é a conversão de nutrientes em resíduos menos ordenados e calor. No final, os processos de formação de floco de neve e embriogênese sempre uiuiem de forma mais geral a entropia do sistema como um todo, de acordo com o a segunda lei da termodinâmica. De acordo com os criacionistas "com sua compreensão de jardim de infância de entropia" (Asimov 1984), nem a síntese de um floco de neve, nem o desenvolvimento animal poderiam ter lugar, e muito menos evolução organísmica.”



O fluxo de energia em sistemas biológicos pode ser facilmente visualizado ao pensarmos em uma célula com sua menbrana semi permeável, através da qual as trocas de matéria e energia com o meio ambiente são realizadas. Na figura 1 (clique na figura para ver os detalhes) podemos ver como este processo funciona em total conformidade com a segunda lei da termodinâmica. As células mantêm um grau relativamente elevado de ordem, em relação ao ambiente, fazendo isso através da continua importação de energia livre, na forma de nutrientes, e exportação de entropia, na forma de resíduos desordenados e calor. Elas importam nutrientes ordenados, seletivamente, de um mundo em grande parte caótico, através da proteínas transmembrana (cilindros coloridos), que formam canais e transportadores (substrato-específicas), embebidas em uma membrana fosfolipídica relativamente impermeável (linha pontilhada).

O metabolismo celular converte nutrientes em formas utilizáveis de energia (ATP) e diferentes biomoléculas que são usadas na manutenção, auto-reprodução e crescimento. Os custos de conversão de nutrientes para estas formas úteis de auto-preservação, de baixa entropia, são a produção de resíduos de alta entropia e calor. A exportação de entropia constante de células através da membrana celular garante a manutenção de um estado de maior ordenação interno quando comparado ao ambiente externo.


Os produtores primários do nosso planeta, como as plantas fotossintéticas e cianobactérias, podem fazer uso desta baixa entropia, assim reduzindo sua entropia própria. Organismos não-fotossintéticos reduzem sua entropia consumindo estes produtores primários direta ou indiretamente, e usam o oxigênio liberado pela fotossíntese para a respiração celular. Portanto, produtores primários fotossintéticos podem ser vistos como as pás de uma usina hidroelétrica (ou de um moinho) cujo movimento, causado pelo fluxo de energia solar, gira a “roda dentada” ou “as turbinas” da máquina da vida, alimentada pela conversão de luz baixa entropia em luz infravermelha de maior entropia (Fig. 2 - clique na figura para ver os detalhes).

Esta 'engrenagem motriz' alimenta praticamente todas os organismos da Terra e abastecem a 'máquina da vida' Este processo é análogo ao abastecimento de uma cidade através de um rio, cujo fluxo de água move as turbinas de uma usina hidrelétrica para produzir eletricidade. Enquanto o rio fornecer um fluxo de água suficiente para girar as turbinas, a cidade será capaz de usar o eletricidade resultante para manter-se "viva" e até mesmo "crescer" e tornar-se mais complexa.


Os autores fazem uma sábia ressalva, lembrando os argumentos do finado paleontólogo Stephen Jay Gould, que alertava para os perigos de igualar evolução ao aumento da complexidade. Na realidade, o próprio conceito de complexidade até hoje não foi definido de forma consensual, apesar de existirem várias propostas interessantes, muitas delas não mutuamente excludentes. Além disso, mesmo ao analisarmos questões e medidas, aparentemente mais óbvias, como complexidade celular, ou tamanho do genoma, observamos várias exceções e desvios. A perda de estruras (e genes) e a simplificação morfológica são bem comuns em linhagens de parasitas, por exemplo. Boa parte da biomassa terrestre é formada por procariontes que também garantem os ciclos biogeoquímicos e contribuem para a produção primária que sustenta a vida na terra.

Então, mesmo que exista uma certa tendência ao aparecimento de certos seres ,aparentemente, mais complexos ao longo do tempo, esta pode ser apenas uma tendência passiva. Para Gould, as formas de vida (tidas como) complexas representavam apenas a cauda de uma distribuição assimétrica, na qual a moda (a medida que detém o maior número de observações, ou seja, o valor ou valores mais frequentes) é constituída pelos procariontes. Este tipo de distribuição é compatível com um processo estocástico assimétrico, em que a barreira da complexidade mínima (unicelularidade) garante que eventualmente apenas a cauda, em direção a maior complexidade, “se estique”. A figura abaixo (clique na figura para ver os detalhes) à direita ilustra a visão de Gould sobre como o aumento de complexidade pode ser apenas uma tendência passiva, associada a uma barreira à esquerda de complexidade organizacional mínima. Dan McShea, tem investigado esta questão e enfatiza a dificuldade de se definir e medir a complexidade, defendendo que existem pelo menos quatro tipos diferentes de tendências evolutivas, além de vários tipos de complexidade, algumas delas podendo aumentar em função da diminuição de outras. Por isso, há uma necessidade de assumirmos extremo cuidado ao discutirmos qualquer suposta tendência a uma maior complexidade na evolução, além de ser fundamental superarmos a idéia egocêntrica de uma escalada ascendente em direção a um cume ou à perfeição.


A proposta final dos autores é fornecer um pequeno experimento de pensamento, fácil de visualizar e compreender, demonstrando como o processo evolutivo pode ser encarado como sendo termodinamicamente guiado. Nele a seleção natural agiria 'criando' formas mais eficazes de processar energia e aumentar a entropia total do sistema, ao mesmo tempo que geraria ordem e complexidade local. Assim, ao invés da visão anti-científica, de que a evolução se opõe a segunda lei da termodinâmica, esta visão defende exatamente o contrário.


O experimento de pensamento da figura 3 exige apenas que imaginemos três placas de petri com a mesmo quantidade de glicose no tempo 0. A primeira delas contém apenas glicose, que depois de certo tempo é oxidada espontaneamente. A segunda possui 100 bactérias da espécie Escherichia coli que, em pouco tempo, metabolizam a glicose, já que, por serem entidades muito bem organizadas, “ciclam” este nutriente de forma muito mais eficiente do que as reações de oxidação, não catalizadas e não compartimentalizadas, da primeira placa de petri. A terceira placa no tempo zero, possui a mesma quantidade de glicose que as demais e a mesma quantidade de bactérias E. coli que a segunda. Porém, após passado um certo tempo, uma destas bactérias sofre uma mutação vantajosa que a possibilita transportar, com mais eficiência, a glicose para dentro da célula. Digamos que esta mutação aumente o número de proteínas transportadoras de glicose nas membranas, ou aumente a afinidade das mesmas por moléculas de glicose. Depois de mais um período de tempo, esta bactéria multiplica-se de forma mais rápida e acaba tornando-se o tipo principal da placa 3. Com a proliferação da estirpe mais eficiente, a metabolização da glicose torna-se também mais rápida, o que reduz o tempo para a degradação total de glicose, e chegada ao equilíbrio, em relação a segunda placa.



Este pequeno experimento de pensamento deixa bem claro como a evolução pode aumentar a eficiência termodinâmica de um sistema biológico e aumentar a entropia total do ambiente circundante. E, como já discutido, existe energia de sobra (em sua forma de baixa entropia fornecida pelo sol) para ser convertida em formas mais entrópicas e utilizada da manutenção de processos biológicos e na própria evolução de estruturas mais complexas. Esta energia, em última instância, se origina da gravidade e das reações de fusão termonuclear que ocorrem no interior do Sol. Além disso, boa parte dos elementos mais pesados que compõem nosso planeta, como o carbono, por exemplo, originaram-se também no interior das estrelas e são distribuídos pelo universo através da explosão de supernovas. Portanto, não existe contradição entre a segunda lei da termodinâmica e a evolução biológica que se insere de forma elegante dentro da astrofísica e cosmologia modernas.


Este artigo é extremante útil aos educadores e a todos que já estão cansados de ouvir a mesma retórica, confusa e desinformada, vociferada pelos antievolucionistas de plantão. Pode não ser a arma derradeira, mas sem dúvida é uma aquisição fundamental, podendo guiar, cientistas e educadores, no desenvolvimento de formas mais efetivas de comunicação e divulgação, mais adequadas ao ensino da biologia evolutiva e menos susceptíveis aos ataques retóricos que teimam em ressurgir do 'mundo dos mortos'.



Referências:

Schreiber, A., & Gimbel, S. (2010). Evolution and the Second Law of Thermodynamics: Effectively Communicating to Non-technicians Evolution: Education and Outreach, 3 (1), 99-106 DOI: 10.1007/s12052-009-0195-3

Bunn, E. (2009). Evolution and the second law of thermodynamics American Journal of Physics, 77 (10) DOI: 10.1119/1.3119513

Styer, D. (2008). Entropy and evolution American Journal of Physics, 76 (11) DOI: 10.1119/1.2973046


Referências de apoio:

Carroll SB. Chance and necessity: the evolution of morphological complexity and diversity. Nature. 2001 Feb 22;409(6823):1102-9. Review. PubMed PMID: 11234024.

GOULD, S.J. A evolução da vida na Terra. [1994] 2004 Scientific American Brasil, Edição Especial nº 5.

Kaila VRI, Annila A. Natural selection for least action. Proc R Soc A. 2008;464:3055–70.

McShea, DW Possible largest-scale trends in organismal evolution: Eight "live hypotheses" ANNUAL REVIEW OF ECOLOGY AND SYSTEMATICS VL 29 BP 293 EP 318 PY 1998

McShea, DW Mechanisms of large-scale evolutionary trends evolution 1994 48 (6):1747-1763 TC 124 UT

Livros:

Atkins, P. & de Paula, J.(2008) Físico-Química Biológica editora LTC ISBN: 9788521616238.

Nelson, philip Física Biológica - energia, informação, vida (2006) editora Guadabara Koogan ISBN 8527712091.

Nussenzveig, H. Moysés (1999) "Complexidade e Caos", Editora UFRJ/COPEA.

Prigogine, Ilya (1980). From Being To Becoming. Freeman. ISBN 0716711079.

Schrödinger, Erwin (1997). O que é Vida? O Aspecto Físico da Célula Viva Seguido de Mente. São Paulo: UNESP, ISBN 8571391610.

Crédito das figuras:

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Comentário de RosinhA em 16 junho 2012 às 17:36

Somente a RosinhA batendo cartão e apreciando, gostei, boa sorte Quiumento

Comentário de Nelson Góes em 11 fevereiro 2011 às 2:25
O que eu acho engraçado é que o mesmo argumento utilizado para derrubar o evolucionismo serve também para acabar com a idéia de deus.
Comentário de Rodrigo Véras em 20 agosto 2010 às 19:12
Obrigado, Francisco. Mas acho que o mérito maior é do artigo original, sobre o qual escrevi, que é muito didático e bem escrito. Assim é fácil blogar artigos peer reviewed.

Abraços,

Rodrigo
Comentário de Francisco Quiumento em 20 agosto 2010 às 18:50
Morro de vergonha, hoje, de não ter lido este artigo há tempos, pois julgo uma "especialidade" minha.

Excelente texto!

[]s
Comentário de Rodrigo Véras em 19 agosto 2010 às 15:55
Oi, Luiz. Bastante interessantes as suas colocações mesmo. Creio que manter esta atitude crítica é fundamental, algo que certamente os criacionistas, e outros grupos de mentalidade anti-científica, não compreendem. Os cientistas mesmo que convictos de suas teorias e de sua extensa aplicabilidade empírica, ao ponto de ser nosso melhor guia metafísico, sempre devem manter esta "pulga atrás da orelha" e exercer criticamente a dúvida, pelo menos, de tempos em tempos. Só assim podemos ter a esperança de aumentar nossa compreensão da natureza e alcançar garantias epistêmicas mínimas de que não estamos apenas nos iludindo. :)

Há algum tempo, li um dos artigos do físico Victor Stenger sobre a adequabilidade das nossas leis da termodinâmica no nível quântico, mas como vc comentou, o mesmo tipo de questionamento vale na mega-escala da geometria e topologia do universo.

Abraços,

Rodrigo
Comentário de LUIZ SERGIO DADARIO em 19 agosto 2010 às 14:57
Rodrigo Véras, no meu primeiro comentário deste seu ótimo post fiz a afirmação de que a Segunda Lei da Termodinâmica ainda não foi bem compreendida e prometi retornar ao assunto abordando alguns outros aspectos dessa questão que considero importantes. Pretendo justificar a pergunta que fiz no meu segundo comentário ( ...Por quê não questionam a Segunda Lei ? ...) que pode ser interpretada como uma outra postagem do tema proposto. A questão é a seguinte. Em algum momento de sua vida acadêmica e/ou profissional você encontrará ( se é que já não o fez...) um texto com a seguinte frase : ¨Todas as teorias da física de que dispomos atualmente são locais ¨. Isto significa o seguinte : considere, por exemplo, as aulas de Cálculo Diferencial e Integral que são ministradas nos primeiros anos de faculdade em Ciências Exatas. Nessa matéria são elaborados os conceitos de funções contínuas e funções deriváveis em pontos interiores de sub-conjuntos abertos da reta real seguidos de um grande número de teoremas que são essencialmente de natureza local, precisamente pelo fato de que não são abordadas questões que envolvem possíveis extensões dessas funções a domínios de definição mais amplos envolvendo pontos de acumulação, compacidade, etc... Questões de natureza global são estudadas em Topologia, base conceitual fundamental da Análise Matemática, que é a versão mais crítica e rigorosa do Cálculo. Um exemplo bastante interessante ilustrará bem essa situação. Considere a seguinte frase : ¨Existe sempre um ponto na superfície da Terra onde a velocidade do vento é nula¨. Essa proposição é uma projeção idealizada de um teorema de Topologia ( de natureza global ) que diz o seguinte : Todo campo CONTÍNUO de vetores tangentes a uma esfera possui pelo menos uma singularidade. ( isto é, existe sempre pelo menos um ponto onde o campo vetorial é zero ). O análogo aqui ao exemplo da reta é imaginar um sub-conjunto aberto da esfera ( p.ex., todo o hemisfério norte sem a linha do equador ) onde esse teorema evidentemente não é necessariamente válido. Porém, ao extender o campo vetorial à toda a esfera, a singularidade apresentar-se-á necessariamente em algum ponto! ( você mesmo pode tentar imaginar esses campos sem singularidades e garanto que você não vai conseguir! ( lembre-se da hipótese de continuidade ) ). Importante : Um deslocamento contínuo dessa singularidade, como, p.ex., o ¨ôlho¨de um furacão, é perfeitamente possível mas a velocidade do vento nesse ponto será sempre nula. Retornemos agora à Segunda Lei. Devido à natureza local das teorias físicas que temos em mãos atualmente é possível afirmar com toda segurança : A Segunda Lei da Termodinâmica é certamente localmente válida mas pode NÃO ser GLOBALMENTE válida !! Isto significa que nossos conceitos de ordem e desordem são adequados ao nosso ponto de vista local, mas demandariam eventualmente uma revisão radical relativamente à possíveis extensões dessas teorias à topologias ainda insuspeitadas do espaço-tempo. Eis aqui minhas justificativas para lançar dúvidas que considero legítimas. É claro que não estou colocando em dúvida a validade da Segunda Lei em domínios restritos da realidade, mas espero que fique aqui registrada uma disposição para a postura crítica e para reflexôes que sempre me pareceram ausentes à esses negadores da história.Abraços.
Comentário de LUIZ SERGIO DADARIO em 17 julho 2010 às 12:56
Há um aspecto dessa questão que vale a pena comentar. É o seguinte. Tentem fazer a seguinte pergunta a esses negadores da história: Como foi que surgiu o conceito de entropia e de onde veio a idéia de que a entropia de um sistema fechado aumenta com o tempo ? . Percebam a contradição : Aceitam tacitamente proposições acerca da natureza do mundo em que vivem que foram o resultado de pesquisas efetuadas por uma classe de sêres humanos que estavam dispostos a aceitar o veredicto das evidências empíricas e não o que está escrito em textos de qualquer outra natureza.Por quê não questionam a Segunda Lei ? Simples : Porque lhes é bastante conveniente para servir de premissa às suas teses. Soa algo anedótico um criacionista falando ou escrevendo sobre DNA, código genético, etc..., idéias e conceitos que foram anunciadas ao mundo graças a um tipo de iniciativa que colide frontalmente com os ¨axiomas¨de ordem ética e moral escritos em qualquer texto ¨sagrado¨. Sem mais.Abraços.
Comentário de Rodrigo Véras em 16 julho 2010 às 22:43
Tenho a mesma reação quando alguém insiste nestas caricaturas da segunda lei. Os argumentos de Dembsky, sobre complexidade especificada, só pioram as coisas pois usam uma monte de matemática supérflua para dizer que algo é improvável caso sua montagem dependesse simplesmente do encontro aleatório das suas partes seguindo um distribuição de probabilidade uniforme. Aí, em um dos mais anti-climáticos non sequitur usa isso para inferir design sobrenatural. Estes ataques nem de longe se aproximam do que as teorias biológicas estipulam e muito menos do que a biologia evolutiva se refere, sem falar do que os físicos e engenheiros têm em mente quando usam a termodinâmica.

A idéia de sistemas abertos e aquisição de ordem local através da "exportação" de entropia para o meio é algo tão velho e tão básico que não deveria criar tanta confusão. Como vc mesmo se refere, fazemos isso todo dia ao incorporar matéria em nossos corpos e excretar energia e matéria em uma forma não tão aproveitável. O metabolismo é o maior exemplo de um sistema longe do equilíbrio capaz de manter-se as custas de um fluxo de matéria e energia indo de formas menos entrópicas para mais entrópicas que são excretadas e não são mais disponíveis para o uso na forma de trabalho bioquímico e desenvolvimental.

Fico assustado como uma teoria que inicialmente apenas estipulava limites em relação a eficiência de processos de transformação de energia em trabalho, e mais tarde nos ajudou a compreender questões como difusão e inconversibilidade, pode ser tão deturpada e confundida. Também prefiro a formulação probabilística de Boltzmann, que o próprio artigo que 'bloguei' dá preferência e enfatiza, e espero ver seus posts sobre o assunto quando eles aparecerem. Por favor me dê um aviso quando isso acontecer.

Abraços e obrigado por ter comentado,

Rodrigo
Comentário de Elyson Scafati em 15 julho 2010 às 23:07
A segunda lei é um dos mantras sagrados do criacionismo e de sua versão requentada o DI. A tal complexisdade especificada de Dembiski no fundo é um retorno a este argumento idiota que a evolução contradiz a segunda lei.

Todavia isso é completamente sem sentido, por uma simples razão: a segunda lei, no sentido que criacionistas colocam, se aplica a sistemas fechados, ou seja aqueles que não trocam nada com o meio externo.

Entretanto, seres vivos, o planeta Terra, o sistema solar e se os universos paralelos existirem, o próprio Universo são sistemas abertos e assim, podem "ludibriar" a segunda lei. Ou seja, não estão em equilíbrio ao reduzir sua entropia.

Por exemplo, o Elyson comer uma feijoada para viver. Eu acabo "ludibriando" minha morte e minha consequente "desordem", pois a deliciosa feijoada é digerida pelo meu sistema digestivo, ajuda a fazer meus lindos músculos, minha linda barriga e me ajuda a escrever essas baboseiras aqui.

Mas sempre, sempre e sempre, o balanço de energia entre o Elyson e o meio ambiente será positivo, o que em nada contraria a segunda lei. O mesmo vale para a evolução, pois o que evolui são seres vivos.

O exemplo mais emblemático é a geladeira. Ao reduzir sua temperatura interna, a entropia do box se reduz, mas se considerarmos o meio e a geladeira, o balanço de energia será sempre positivo (som com a queda de água, atritos entre as turbinas da usina hidrelétrica, perda de carga nas linhas de transmissão, aquecimento do motor da geladeira, energia sonora do aparelho, atrito nas peças do motor, etc).

Assim, entropia é medida por meio daquela energia que não é utilizada para realizar trabalho.

Há explicações mais complexas como os microestados e a função de Boltzmann, mas por amor a simplicidade, deixo isso para em breve postar em meu blog.
Comentário de Rodrigo Véras em 21 junho 2010 às 16:21
Sim, concordo com vc e todo o post argumenta em consonância ao seu comentário. Este item três, se não me engano, é uma paráfrase do argumento criacionista como defendido por criacionistas famosos, como Henry Morris referenciado por eles e citado naquele trecho, em tradução (minha mesmo) do artigo de Schreiber e Gimbeli.

Este é um dos aspectos da crítica que eles tecem contra os antievolucionistas. Esta visão determinística das implicações da evolução é piorada pela visão também determinística da segunda lei. Isso é reconhecido e combatido pelos autores e, creio eu, que isso fica bem claro quando eles discutem a ressalva "Gouldiana" de que a complexidade (ou ordem) não são termos bem definidos em biologia, e nossas intuições sobre o assunto frequentemente nos iludem.

Nesta parte tentei, eu mesmo, dar alguns subsídios a discussão ao usar a figura do artigo de Gould para a Scientific American, bem como sua discussão sobre a tese que as formas de vida, ditas mais complexa, não demostram uma tendência ativa ao aumento de qualquer quantidade que possamos chamar "complexidade”.. São os criacionistas que não conseguem aceitar e compreender esta questão e infelizmente o mito do aumento absoluto de complexidade encontra eco na mente de muitas pessoas. Seus comentários sobre medidas de complexidade, como a de Kolmogorov, também vão direto, bem ao ponto nevrálgico, aos argumentos criacionistas.

Também concordo que estamos apenas começando a entender o papel da segunda lei na evolução biológica, mesmo que já saibamos o suficiente para compreender que ela não se opõe a evolução, nem mesmo a evolução, eventual, de seres com maior 'complexidade', medida por algum critério relativo, como número de células ou tipos celulares (ou integração celular), individualização das partes, ou até mesmo medidas mais rigorosas (porém, também contexto-dependentes) como complexidade estrutural e complexidade física, como sugeridas por físicos, interessados no estudo da biologia e da complexidade, como Norman Packard, James Crutchfield e Christoph Adami. No post eu cito Dan McShea que trabalha há muito com esta questão..

http://cse.ucdavis.edu/~cmg/compmech/tutorials/ComplexityMeasures.pdf

http://cse.ucdavis.edu/~chaos/papers/QsOnComplexity.pdf

http://www.kgi.edu/Documents/BE2002.pdf

http://xxx.lanl.gov/abs/adap-org/9605002

Abraços

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