סדר מאי-סדר
כל כך הרבה דברי הבל פורסמו כאן לגבי יצירת סדר והצורך כביכול במסדר, אז הגיע זמן לעשות פה קצת סדר. יש הסבר פיסיקאלי פשוט יחסית ליצירת סדר בטבע אותו יכול להבין כל אדם עם אינטיליגנציה מינימלית וידע מתמטי של בית ספר יסודי. אז הנה: המדד הכמותי למידת אי הסדר במערכות פיסיקלית נקרא אנתרופיה. האנתרופיה היא כמות האינפורמציה הדרושה כדי לתאר במדוייק ברמה המיקרוסקופית את מצב המערכת. לחומר במצבו הנוזלי (מים) יש אנתרופיה גבוהה יותר מאשר לאותו חומר כאשר הוא מוצק (קרח), משום שכדי לאפיין נוזל במדויק צריך לדעת מיקום כל אטום (או מולקולה) בנפרד, ואילו בחומר מוצק האטומים מסודרים בתבנית מחזורית אותה ניתן לאפיין הרבה יותר בתימצות. החוק השני של התרמודינמיקה אומר שבמערכת סגורה, כלומר במערכת שאין שום מעבר כוחות, חום או חלקיקים בינה ובין סביבתה, סך כל האנתרופיה (כלומר אי הסדר) איננו יכול לקטון. במערכת כזו לא יכול להווצר סדר מאי סדר. יש להדגיש כי כדור הארץ איננו מערכת סגורה כלל. הוא מקבל שפע אנרגיה ממקור חיצוני - השמש. כדי לראות איך במערכת פתוחה נוצר סדר באופן ספונטני, די לבחון סוג מאד ספציפי של מערכות. מדובר במערכות אטומות פרט לכך שחום יכול לעבור מהן ולתוכן מהסביבה. מחוקי התרמודינמיקה נובע שאם לסביבה טמפרטורה אחידה, אז המערכת שלנו תגיע בסופו של דבר למצב שיווי משקל כך שטמפרטורת המערכת היא בדיוק טמפרטורת הסביבה. אם נשנה את טמפרטורת הסביבה טמפרטורת המערכת תתחיל להשתנות גם היא עד שתגיע לטמפרטורה החדשה. זה בדיוק מה שקורה כאשר מכניסים משהו למקרר. מערכות מהסוג הנ"ל מאופיינות על ידי גודל פיסיקלי שנקרא האנרגיה החופשית, ומסומן בדרך כלל באות F. אם E היא האנרגיה של המערכת, T הטמפרטורה שלה וS האנתרופיה אז האנרגיה החופשית נתונה על ידי (לא להבהל, זו הנוסחה היחידה שאכתוב, והיא פשוטה מאד):
כל כך הרבה דברי הבל פורסמו כאן לגבי יצירת סדר והצורך כביכול במסדר, אז הגיע זמן לעשות פה קצת סדר. יש הסבר פיסיקאלי פשוט יחסית ליצירת סדר בטבע אותו יכול להבין כל אדם עם אינטיליגנציה מינימלית וידע מתמטי של בית ספר יסודי. אז הנה: המדד הכמותי למידת אי הסדר במערכות פיסיקלית נקרא אנתרופיה. האנתרופיה היא כמות האינפורמציה הדרושה כדי לתאר במדוייק ברמה המיקרוסקופית את מצב המערכת. לחומר במצבו הנוזלי (מים) יש אנתרופיה גבוהה יותר מאשר לאותו חומר כאשר הוא מוצק (קרח), משום שכדי לאפיין נוזל במדויק צריך לדעת מיקום כל אטום (או מולקולה) בנפרד, ואילו בחומר מוצק האטומים מסודרים בתבנית מחזורית אותה ניתן לאפיין הרבה יותר בתימצות. החוק השני של התרמודינמיקה אומר שבמערכת סגורה, כלומר במערכת שאין שום מעבר כוחות, חום או חלקיקים בינה ובין סביבתה, סך כל האנתרופיה (כלומר אי הסדר) איננו יכול לקטון. במערכת כזו לא יכול להווצר סדר מאי סדר. יש להדגיש כי כדור הארץ איננו מערכת סגורה כלל. הוא מקבל שפע אנרגיה ממקור חיצוני - השמש. כדי לראות איך במערכת פתוחה נוצר סדר באופן ספונטני, די לבחון סוג מאד ספציפי של מערכות. מדובר במערכות אטומות פרט לכך שחום יכול לעבור מהן ולתוכן מהסביבה. מחוקי התרמודינמיקה נובע שאם לסביבה טמפרטורה אחידה, אז המערכת שלנו תגיע בסופו של דבר למצב שיווי משקל כך שטמפרטורת המערכת היא בדיוק טמפרטורת הסביבה. אם נשנה את טמפרטורת הסביבה טמפרטורת המערכת תתחיל להשתנות גם היא עד שתגיע לטמפרטורה החדשה. זה בדיוק מה שקורה כאשר מכניסים משהו למקרר. מערכות מהסוג הנ"ל מאופיינות על ידי גודל פיסיקלי שנקרא האנרגיה החופשית, ומסומן בדרך כלל באות F. אם E היא האנרגיה של המערכת, T הטמפרטורה שלה וS האנתרופיה אז האנרגיה החופשית נתונה על ידי (לא להבהל, זו הנוסחה היחידה שאכתוב, והיא פשוטה מאד):
F=E-T*S
מחוקי התרמודינמיקה נובע שכדי להגיע למצב שיווי המשקל במערכת כגון זו שתיארתי האנרגיה החופשית תמיד תשאף לרדת ולהיות מינימלית. כיוון שבאנרגיה החופשית יש גורם של אנרגיה וגורם של אנתרופיה, היא יכולה לרדת אם האנרגיה יורדת או אם האנתרופיה עולה. שימו לב: אם האנרגיה יורדת אז יש אפשרות שהאנתרופיה תרד, העיקר שסך כל האנרגיה החופשית יהיה יותר נמוך. כאשר הטמפרטורה T היא גבוהה האיבר הדומיננטי בנוסחת האנרגיה החופשית הוא איבר האנתרופיה (כיוון ש T מכפיל אותו) ולכן מצב שיווי המשקל של המערכת יהיה מצב בו האנתרופיה מקסימלית - אי סדר מקסימלי. נניח כעת שאנחנו מורידים את טמפרטורת הסביבה (שמים את הבקבוק בפריזר, או שסתם נהיה חורף). כיוון שT קטן כעת ייתכן שאיבר האנרגיה נהייה הדומיננטי, כלומר למערכת "כדאי" כעת הרבה יותר להקטין את E מאשר להגדיל את S כדי להגיע למינימום אנרגיה חופשית. מתרחש מעבר פאזה - הנוזל קופא. בתהליך הקיפאון האנטרופיה יורדת, כלומר הסדר במערכת גדל באופן ספונטני, אבל הירידה באנרגיה E גדולה יותר מהירידה ב T*S (כי T קטן) כך שהיא מפצה על עליית הסדר וסך כל האנרגיה החופשית יורדת. זו דוגמה כיצד סדר נוצר במערכות פתוחות באופן ספונטני. אף אחד לא צריך לסדר את מולקולות המים כדי ליצור גביש קרח. הן מסתדרות לבד משום שבמצבם המסודר האנרגיה שלהן נמוכה יותר בשיעור המספיק כדי לפצות על עליית הסדר. למעשה, המערכת האקולוגית, הביוספרה, היא מורכבת הרבה יותר מהמערכות הפשוטות שתיארתי. הביוספרה איננה מקבלת חום מסביבה בטמפרטורה אחידה אלא חשופה לקרינת שמש ישירה ובלתי הומוגנית ולכן אף פעם לא מגיעה לשיווי משקל. במערכות פתוחות שרחוקות תמיד משיווי משקל קורים תהליכים מסובכים ומרתקים של יצירה מתמידה של מבנים חדשים ופירוק של מבנים קודמים. יש לשים לב שלקרינה יש תפקיד מרכזי בתפעול של תהליכים כימיים שונים כמו סינטזה ספונטנית של חומצות אמינו. זו הסיבה שיש חומצות אמינו אפילו בגז הבין-כוכבי. לסיכום, מערכות פתוחות מאפשרות עליה ספונטנית ברמת הסדר. המכניזם המדוייק בו נוצרו החיים בכדור הארץ איננו ידוע עדיין, אולם התפתחות החיים איננה סותרת שום עקרון פיסיקלי. למעשה, מערכות חיות מקיימות בדיוק אותם חוקים פיסיקליים כמו מערכות דוממות. אז כן, סדר נוצר מאי סדר. זאת עובדה.