En levende celles primære opgaver med at skaffe, omdanne og bruge energi til at udføre arbejde kan synes enkle. Termodynamikkens anden lov forklarer imidlertid, hvorfor disse opgaver er vanskeligere, end de ser ud til at være. Ingen af de energioverførsler, vi har diskuteret, sammen med alle energioverførsler og -transformationer i universet, er fuldstændig effektive. Ved enhver energioverførsel går der en vis mængde energi tabt i en form, der er ubrugelig. I de fleste tilfælde er denne form varmeenergi. Termodynamisk set defineres varmeenergi som den energi, der overføres fra et system til et andet, som ikke udfører arbejde. Når et fly f.eks. flyver gennem luften, går en del af flyets energi tabt som varmeenergi på grund af friktion med den omgivende luft. Denne friktion opvarmer faktisk luften ved midlertidigt at øge luftmolekylernes hastighed midlertidigt. På samme måde går noget energi tabt som varmeenergi under cellulære metaboliske reaktioner. Dette er godt for varmblodede væsener som os, fordi varmeenergien er med til at opretholde vores kropstemperatur. Strengt taget er ingen energioverførsel helt effektiv, fordi noget energi går tabt i en ubrugelig form.

Figur 1. Entropi er et mål for tilfældighed eller uorden i et system. Gasser har højere entropi end væsker, og væsker har højere entropi end faste stoffer.

Et vigtigt begreb i fysiske systemer er orden og uorden (også kendt som tilfældighed). Jo mere energi et system mister til sine omgivelser, jo mindre ordnet og mere tilfældigt er systemet. Forskere betegner målet for tilfældighed eller uorden i et system som entropi. En høj entropi betyder høj uorden og lav energi (figur 1). For bedre at forstå entropi kan man tænke på en studerendes soveværelse. Hvis der ikke blev lagt nogen energi eller noget arbejde i det, ville værelset hurtigt blive rodet. Det ville eksistere i en meget uordnet tilstand, en tilstand med høj entropi. Der skal tilføres energi til systemet, i form af at den studerende arbejder og rydder alting væk, for at bringe værelset tilbage til en tilstand af renlighed og orden. Denne tilstand er en tilstand med lav entropi. På samme måde skal en bil eller et hus konstant vedligeholdes med arbejde for at holde det i en ordnet tilstand. Hvis man lader huset eller bilen stå alene, stiger husets eller bilens entropi gradvist gennem rust og nedbrydning. Molekyler og kemiske reaktioner har også varierende mængder entropi. Når kemiske reaktioner f.eks. når en ligevægtstilstand, stiger entropien, og når molekyler med en høj koncentration på et sted diffunderer og spredes ud, stiger entropien også.

Alle fysiske systemer kan tænkes på denne måde: Levende ting er meget velordnede og kræver konstant energitilførsel for at blive holdt i en tilstand med lav entropi. Når levende systemer optager energilagrende molekyler og omdanner dem gennem kemiske reaktioner, mister de en vis mængde brugbar energi i processen, fordi ingen reaktion er fuldstændig effektiv. De producerer også affald og biprodukter, som ikke er nyttige energikilder. Denne proces øger entropien i systemets omgivelser. Da alle energioverførsler resulterer i tab af en vis mængde brugbar energi, siger termodynamikkens anden lov, at enhver energioverførsel eller -omdannelse øger universets entropi. Selv om levende væsener er meget velordnede og opretholder en tilstand med lav entropi, øges universets entropi i alt konstant på grund af tabet af brugbar energi ved hver eneste energioverførsel, der finder sted. I bund og grund befinder de levende væsener sig i en konstant opadgående kamp mod denne konstante stigning i universets entropi.

Bidrag!

Forbedre denne sideLær mere