Fizyka, utrata informacji i inteligentny projektCzas czytania: 7 min

W innym tekście wskazywałem na to, że w przyrodzie nie występują zapadki informacyjne¹. Dowolny układ mechaniczny może co najwyżej reprodukować informację zawartą już w układzie. Maszyny drukarskie reprodukują informację umieszczoną w mechanizmie przez ludzi. ChatGPT po prostu uzyskuje dostęp i reorganizuje informację utworzoną i zamieszczoną w Internecie przez człowieka. W żadnym z tych przypadków nie powstaje nowa informacja.

W jeszcze innym tekście² przedstawiłem fizyczną koncepcję uogólnionej drugiej zasady termodynamiki jako nadrzędnej zasady spójnej ze sformułowanym przez Williama Dembskiego prawem zachowania informacji, zgodnie z którym przyczyny naturalne nie mogą zwiększać stopnia złożonej wyspecyfikowanej informacji w układzie zamkniętym z upływem czasu. W niniejszym tekście postaram się wyjaśnić fizyczne podstawy uogólnionej drugiej zasady termodynamiki, czyli podać racje na rzecz twierdzenia, że procesy naturalne niszczą informację.

Punkt wyjścia

Rozważmy na początek coś, co można sobie zwizualizować łatwiej niż przepływ informacji. Wyobraźmy sobie układ, w którym ciepło przepływa z obszaru gorącego do obszaru zimnego zgodnie z tradycyjną drugą zasadą termodynamiki. W świetle zaproponowanego przez Rudolfa Clausiusa sformułowania tradycyjnej drugiej zasady termodynamiki przyroda funkcjonuje w taki sposób, że ciepło nigdy nie przepływa w odwrotnym kierunku. Kiedy dodaję zimną śmietankę do gorącej kawy, ciepło przepływa z kawy do śmietanki, aż w końcu mieszanina osiągnie równowagę temperatur. Przyczyny naturalne nie mogą odwrócić jednokierunkowego przepływu ciepła, a powodem tego stanu rzeczy są fizyczne podstawy funkcjonowania przyrody.

Mówimy, że obiekt jest „gorący”, kiedy średnia energia kinetyczna składających się na niego atomów jest wysoka. Moja gorąca kawa zawiera cząstki o wyższej średniej energii kinetycznej niż cząstki zimnej śmietanki. Gdy te cząstki ulegną wymieszaniu w filiżance, między atomami dochodzi do kolizji. Już student pierwszego roku fizyki zna problem ustalenia końcowych prędkości dwóch zderzających się ze sobą obiektów na podstawie znajomości ich prędkości początkowych. Dzięki zasadom zachowania energii i pędu wiemy, że w przypadku czołowych elastycznych kolizji zawsze w rezultacie wolniejszy obiekt będzie poruszał się szybciej, a szybszy – wolniej. Dodanie śmietanki do gorącej kawy nieuchronnie skutkuje mieszaniną, w której kawa traci ciepło na rzecz śmietanki.

A co z mniej fizyczną koncepcją informacji? Jak możemy fizycznie wyjaśnić bezwzględną utratę informacji przez procesy naturalne? Informacja wydaje się pojęciem niefizycznym, ale w naszym Wszechświecie informacja jest przechowywana w specyficznych układach fizycznych stanów materii. Inteligentny umysł potrafi identyfikować specyficzne układy materii (takie jak cząsteczki atramentu tworzące litery na kartce), które przekazują sensowną wiadomość. W innym kontekście biochemicy potrafią rozpoznawać konkretne sekwencje zasad azotowych nukleotydów w genomie, które kodują funkcjonalne białka.

Zgodnie z tradycyjną drugą zasadą termodynamiki pod wpływem procesów naturalnych otaczające środowisko powoduje, że ciepło przepływa z obszaru gorącego do obszaru zimnego albo że składniki się mieszają, na przykład cząsteczki perfum mieszają się z cząstkami powietrza w pomieszczeniu. Procesy naturalne powodują także mieszanie się przenoszących informację obiektów fizycznych ze środowiskiem. Wyniki badań w zakresie obliczania kwantowego wskazują na to, że utrata informacji na rzecz otaczającego środowiska skutkuje tak zwaną dekoherencją, czyli tym, że „informacja wycieka do środowiska w niekontrolowany sposób”³.

Powiązanie informacji z obserwatorem

Cała informacja, którą na temat dowolnego układu może poznać obserwator, jest zawarta w kwantowo-mechanicznej funkcji falowej układu. Przepraszam, że mówię o mechanice kwantowej, ale jej znaczenie tutaj polega na tym, że służy ona do powiązania informacji zawartej w układzie (od prostego atomu i złożonej cząsteczki biologicznej do jakiegoś obiektu makroskopowego) z obserwatorem. Jeśli funkcja falowa układu nie jest zupełnie odizolowana od wpływów środowiskowych, to z upływem czasu ulegnie dekoherencji (utraci informację). W pewnym sensie funkcja falowa rozprasza się w środowisku, co oznacza, że z upływem czasu obserwator będzie miał coraz większą niepewność co do stanu układu. Skutek ten nieubłaganie wywołują fizyczne oddziaływania między atomami lub fotonami, a to wiąże się również z utratą informacji.

Niektórzy mogą argumentować, że „szczęśliwy traf” mógłby przynieść przeciwny skutek, czyli że te oddziaływania prowadziłyby do wzrostu zawartości informacji (w biochemii odpowiadałoby to wzrostowi funkcjonalnej złożoności). Dlaczego nie mogłoby jednak do czegoś takiego dojść? Po prostu dlatego że zawsze istnieje więcej sposobów na to, aby coś poszło nie tak, niż aby poszło, jak należy, i trzeba wziąć to pod uwagę przy próbie rozstrzygnięcia, czy oddziaływania fizyczne doprowadzą do chaosu, czy do wzrostu stopnia złożonej wyspecyfikowanej informacji.

Wzrost zawartości informacji wymaga nie tylko dokonania jednego właściwego wyboru (lub zajścia jednego szczęśliwego trafu), lecz długiej sekwencji słusznych wyborów. Szczęśliwy traf może przytrafić się raz, ale każdy hazardzista wie, że jeśli „fortunne wyniki” ciągle przytrafiają się mimo niewielkich na to szans, to gra jest ustawiona. „Ustawiona gra” w przyrodzie jest odpowiednikiem praw fizyki – w tym przypadku to prawo fizyki powodowałoby z upływem czasu wzrost zawartości informacji wskutek działania procesów naturalnych. W rzeczywistości żadne takie prawo nie może jednak istnieć, ponieważ znamy już prawo przyrody, które wskazuje na coś przeciwnego⁴. Jak zauważyłem w innym tekście, zatytułowanym Theistic Cosmology and Theistic Evolution – Understanding the Difference [Różnice między kosmologią teistyczną a teistycznym ewolucjonizmem]: „W ramach badań naukowych odkryliśmy, że prawa przyrody nie przeczą sobie nawzajem. W przyrodzie nie występują prawa obowiązujące jedynie częściowo”⁵.

Wyobraźnia i wolność

Tylko dzięki aktywności niefizycznej inteligencji można przeciwdziałać naturalnemu procesowi dekoherencji i utracie informacji. Informacja nie ma żadnego znaczenia, jeśli nie rozważa jej racjonalny umysł, co oznacza, że tworzenie nowej informacji wymaga czegoś więcej niż wiedzy. Wzrost zawartości informacji wymaga wyobraźni i wolności umożliwiających kreatywne projektowanie złożonych rezultatów, które przekazują znaczenie lub pełnią funkcję⁶.

Niefizyczny aspekt naszych inteligentnych umysłów⁷ jest w stanie tworzyć informację, ponieważ inteligentny umysł potrafi wyobrażać sobie mający znaczenie rezultat i wyodrębniać składniki złożonego układu z ich naturalnego, zmieszanego stanu, by tworzyć specyficzne układy umożliwiające realizację tego rezultatu. Wymaga to wykonania pracy, czyli zużytkowania energii. Sama energia jednak nie wystarczy, ponieważ bez kierowniczej aktywności niefizycznego umysłu energia nie może efektywnie zwiększać zawartości informacji w układzie zamkniętym. Inteligentny projekt pozostaje jedynym spójnym z prawami fizyki wyjaśnieniem wzrostu zawartości informacji w układach ożywionych w całej historii życia na Ziemi.

Eric Hedin

Oryginał: Physics, Information Loss, and Intelligent Design, „Evolution News & Science Today” 2023, July 6 [dostęp 30 VIII 2023].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 30.8.2023

Literatura: