Weißes Rauschen

Grundlagen
Die Thermodynamik oder auch Wärmelehre beschäftigt sich mit Wärmeenergie und wie Elemente und Moleküle auf Wärmeenergie reagieren. Eine zentrale Erkenntnis: mehr Wärmeenergie sorgt gewöhnlich für mehr Bewegung; Moleküle werden zappeliger. In einem Eisklotz ist jedes H₂O-Molekül an einem festen Platz im Kristallgitter. Wärme führt dazu, dass das Eis schmilzt und die Wasser-Moleküle sich freier bewegen können als vorher. Man könnte auch umgekehrt sagen, dass die Wärme dafür sorgt, dass sich die Moleküle aus dem Kristallgitter frei zappeln. Wie auch immer, es gibt mehr Bewegungsfreiheit für die H₂O-Moleküle. Diese wachsende Bewegungsfreiheit wird bei Wasser besonders offensichtlich, wenn es zu kochen beginnt und schließlich als Dampf besonders beweglich ist.

Das Maß der Bewegungsfreiheit nennt sich Entropie; je mehr verschiedene Elemente ein System hat und je zappeliger diese Elemente sind, desto größer ist die Entropie. Statt Bewegungsfreiheit kann man auch Unwissenheit oder Unordnung als Umschreibung für Entropie verwenden. Dabei sollte man nicht vergessen, dass Entropie deutlich genauer definiert ist als die Umschreibungen.

Die Hauptsätze der Thermodynamik beschreiben nun die natürlichen Vorgange, damit wir sie besser verstehen oder voraussehen können. Die Hauptsätze 0 und 3 ignoriere ich hier:

• Der 1. Hauptsatz besagt, dass in ein geschlossenes thermodynamisches System weder Energie hinein noch hinaus kann.
• Der 2. Hauptsatz besagt, dass die Bewegungsfreiheit(Entropie) in einem geschlossenen System nicht abnehmen kann.

Der 1. Hauptsatz ist praktisch die Voraussetzung unter der der 2. Hauptsatz gilt.

Wollte man das bewegliche Wasser aus dem Beispiel wieder in den bewegungsunfähigen Eiswürfel umwandeln, müsste man dem Wasser Wärmeenergie entziehen. Wenn aber Wärmeenergie aus dem System entweichen könnte, wäre es kein geschlossenes System und nicht mit dem 1. Hauptsatz vereinbar. Wärmeenergie zu entziehen ist natürlich möglich, aber für offene Systeme gelten viel kompliziertere Regeln als nur die 4 einfachen Hauptsätze der Thermodynamik.

Es wäre mit dem 1. Hauptsatz vereinbar, dass sich ein Teil des Wassers in festes Eis verwandelt, der andere Teil dafür umso heißer wird. Unsere Alltagsweisheit sagt uns schon, dass das wahrscheinlich nicht funktionieren wird.

Der 2. Hauptsatz sagt, das funktioniert nur, wenn dabei die Bewegungsfreiheit (Entropie) insgesamt zunimmt. Man kann also die Bewegungsfreiheit von Wasser mit verschiedenen Temperaturen bestimmen und kann dann herausfinden, ob sich lauwarmes Wasser unter irgendwelchen Umständen ohne äußeres Zutun (1. HS) von selbst in Eiswürfel und heißes Wasser aufteilt. 1 Liter Eis und 1 Liter Kochendes Wasser müssten also eine höhere Entropie-Zahl haben, als 2 Liter ca. 40° (?) warmes Wasser.

Wenig überraschend kommt auch die Thermodynamik zu dem Ergebnis: das geht nicht. Mit einem Fett-Wasser-Gemisch funktioniert etwas ähnliches aber. Das Fett verbindet sich an der Wasseroberfläche zu "Fett-Augen" weil das Wasser mehr Bewegungsfreiheit gewinnt, als das Fett durch diese Einschränkung verliert. Man könnte auch sagen, das Wasser zappelt heftiger als das Fett und das Fett wird aus dem Wasser heraus gedrängt.

Halten wir fest, die Bewegungsfreiheit bleibt in einem geschlossenen System bestenfalls gleich, nimmt aber eigentlich mit der Zeit immer zu. Das heißt, alles wird immer beweglicher/unordentlicher/unwissender und die Entropie steigt. Das kann man auch an seiner Wohnung erkennen, staubig wird es sogar, wenn ein Raum nicht betreten wird. Moleküle verlieren ihren festen (relativ ordentlichen) Platz an der Wand und Decke und werden zu relativ beweglichen Staub. Über Jahrtausende würde die ganze Wohnung zu Staub zerfallen.

Kreationisten
Damit sind wir endlich bei der Kernaussage, die Kreationisten gegen die Evolution nutzen. Lebewesen sind ein Haufen geordneter Moleküle. Würde man ein Bakterium in seine molekularen Bestandteile zerlegen, haben diese Moleküle mehr Bewegungsfreiheit als das ursprüngliche Bakterium. Packt man diese Moleküle ungeordnet in ein Reagenzglas, würde daraus kein ordentlicheres Bakterium. Erst die geringere Bewegungsfreiheit (geringere Entropie) macht aus den Molekülen ein Lebewesen. Da aber die Bewegungsfreiheit mit der Zeit allenfalls größer wird (2. Hauptsatz), könnten Lebewesen nicht von alleine entstehen. Jemand müsse die Moleküle geordnet haben: der Schöpfer.

Auch wenn aus diesem Bakterium irgendwann ein deutlich komplexerer Mensch werden soll, werden zusätzliche Moleküle verbaut, die vorher mehr Bewegungsfreiheit hatten. Wieder müsse jemand ordnend eingreifen, weil sonst eher alles unordentlicher würde.

Evolutionisten
Darauf erwidern die Evolutionisten, erstens sei die Erde gar kein geschlossenes System; der Erde würde ja von außen durch die Sonne Energie zugeführt. Zweitens wäre der 2. Hauptsatz nicht auf Komplexität anzuwenden.

Ich
Was als erstes auffällt: Evolutionisten und Kreationisten reden mal wieder an einander vorbei. Evolution beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Leben, nicht mit dem Entstehen von Leben aus unbelebter Materie. Kreationisten beschäftigen sich mit der Schöpfung, also mit dem Entstehen von Leben aus unbelebter Materie. Das erste Argument der Kreationisten bezieht sich auf das Entstehen von ersten Lebewesen, z.B. Bakterien, aus unbelebter Materie. Das zweite immerhin auf Evolution.

Evolutionisten ignorieren das Entstehungs-Problem weitgehend. Die zahlreichen Experimente dazu haben nicht die erhofften Ergebnisse geliefert. Der Vorgang der Entstehung läuft theoretisch in 3 Schritten ab: Unbelebte Materie -> Aminosäuren -> Proteine -> Leben. Die Experimente zu diesen 3 Schritten haben viele Erkenntnisse gebracht, aber eben auch die, dass man die Schritte im Labor nicht nachbilden kann.

Die Verteidigung, der 2. Hauptsatz sei auf die Erde nicht anwendbar, bezieht sich eher auf die Ausnahme. Eigentlich gilt der 2. Hauptsatz für so ziemlich alles auf der Erde, außer Lebewesen und speziellen Maschinen. Den Widerspruch zwischen abnehmender Bewegungsfreiheit der Moleküle in Lebewesen und dem 2. Hauptsatz erkannte auch Erwin Schrödinger (Schrödingers Paradoxon). Schrödinger löste das Paradoxon, indem er in Lebewesen offene Systeme erkannte. Lebewesen nehmen Energie von außen auf, und benutzen diese, um ihre Ordnung zu erhalten. Sobald sie sterben, werden sie geschlossene Systeme und zerfallen wie es der 2. Hauptsatz erwarten lässt.

Betrachtet man unser Sonnensystem näherungsweise als geschlossenes System (und die Erde als offenes), entsteht bei der "Energiegewinnung" in der Sonne mehr Unordnung (Entropie), als Lebewesen mit dieser Energie wieder Ordnung schaffen können. Unterm Strich nimmt die Unordnung in unserem Sonnensystem zu und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik bleibt gültig. Allerdings sollte man bedenken, dass die Thermodynamik auch auf der Erde funktioniert und nur die wenigsten offenen Systeme durch Energiezufuhr mehr Ordnung schaffen - beim Eiswürfel-Beispiel stieg die Bewegungsfreiheit (Entropie) gerade wegen der zugeführten Wärme an.

Die zweite Verteidigung, der 2. Hauptsatz sei nicht auf Komplexität anzuwenden, ist eher ein frommer Wunsch, als ein handfestes Argument. Es stimmt, der 2. Hauptsatz beschreibt wachsende Entropie und nicht direkt Komplexität. Entropie nimmt aber zu, wenn verschiedene Moleküle (z.B. Gase) gemischt werden. Ich kenne keine Bedeutung von komplex, die nicht zusätzliche geordnete Elemente gegenüber einem einfachen System hat. Der 2. Hauptsatz wird vielleicht aus praktischen Gründen nicht auf komplexe Probleme angewendet. Die zugrundeliegenden Gesetzmäßigkeiten in der Natur interessiert allerdings nicht, ob uns die Analyse eines Systems überfordert. Wie man es auch dreht, Komplexität erfordert Ordnung und geringe Entropie trotz einer Vielzahl von Elementen die von Natur aus unordentlich sind.

Nehmen wir einen Raum mit zehntausenden Bauteilen; ein aus 3 Bauteilen zusammengesetzter Hammer in diesem Raum erlaubt den restlichen Bauteilen mehr Bewegungsfreiheit, als ein aus tausenden Bauteilen zusammengesetztes Auto. Selbst wenn alle Bauteile zu Hämmern zusammengebaut würden, hätten die Bauteile (als Hämmer) im Raum eine höhere Bewegungsfreiheit, als würden alle Bauteile zu Autos zusammengebaut. Die Ursuppe hat weniger Ordnung als einfache Lebewesen (Bakterien) die weniger Ordnung als komplexe Lebewesen (Menschen) haben. Es gibt jeweils mehr verschiedene Moleküle, die relativ unbeweglich am richtigen Platz sitzen. Allerdings wurde schon im ersten Gegenargument richtigerweise erklärt, dass der 2. Hauptsatz nicht auf Lebewesen anzuwenden ist. Der 2. Hautpsatz hindert ein Bakterium nicht, ein noch komplexeres Bakterium zu bauen. Er hindert aber sehr wohl die Ursuppe daran, ein Bakterium zu werden.

Fazit
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik widerspricht nicht direkt der Evolution im Sinne der Weiterentwicklung von Lebewesen, ist aber ein starkes Argument gegen die Entstehung von Leben aus unbelebter Materie. Weil Kreationisten und Evolutionisten einander nicht zuhören, hält jede Gruppe die andere für inkompetent.

Evolutionisten sollte dem 2. Hauptsatz nicht voreilig seine Gültigkeit für die ganze Erde absprechen; Lebewesen bilden die große Ausnahme von der Regel, dass alles der Unordnung entgegen strebt. Selbst Schrödinger erkannte dieses scheinbar widersprüchliche Verhalten.

Die Behauptung, der 2. Hauptsatz würde nur für Entropie, nicht für Komplexität gelten, scheint im Wesentlichen falsch. Biologische Komplexität bedarf Ordnung. Wahrscheinlich war gemeint, dass er auf er auf die Komplexität von Evolutionsschritten nicht angewendet werden kann, weil der 2. Hauptsatz nicht für Lebewesen gilt. Wieder darf aber der 2. Hauptsatz als starkes Argument gegen das Entstehen einer komplexen Lebensform aus unbelebter Materie betrachtet werden.

PS
Wer mehr zum Wissenschaftlichen Hintergrund wissen möchte, könnte mit Thermodynamik und Entropie in der Wikipedia anfangen.