Det verkar som om Dan Brown (han med DaVinci-koden, om nån minns den) har skrivit konstigheter om vetenskap igen, i sin senaste roman Origin. En del av konstigheterna har att göra med att han tar med en verklig forskare, professor Jeremy England från MIT, i sin roman men tillskriver honom uppfattningar han inte delar och påstår att hans forskning visar saker den inte visar. Exempelvis skriver han att Englands forskning skulle vara ett bevis på att det inte finns någon gud, något som England själv senare tagit avstånd från.
Att författare av fiktion inte låter verkligheten stå i vägen för en bra historia är nu inget nytt, speciellt inte när det gäller Dan Brown (Änglar och Demoner, någon?). Ändå är det lätt att bli lite nyfiken. Vad det är i professor Englands forskning som inspirerar till vilda spekulationer om guds existens och syftet med universum?
Jeremy England ägnar sig åt en fascinerande gren av fysiken som enligt min åsikt får alldeles för lite uppskattning, nämligen termodynamik och statistisk fysik. Termodynamiken beskriver hur energi förflyttas och omvandlas. Den har sitt ursprung i studier av ångmaskiner och liknande i början av 1800-talet, men förutom sådana direkta tillämpningar har termodynamiken också lett till fundamentala insikter i hur världen fungerar. Mest kända av dessa är termodynamikens första och andra huvudsats, som säger att energi inte kan skapas eller förstöras utan bara omvandlas och att entropin (ett mått på hur utspridd energin är) måste vara konstant eller öka i ett system som är avskuret från omgivningen.
En sak som termodynamikens lagar kan användas till är att dra gränser för vad som är fysikaliskt möjligt. Det är till exempel relativt lätt att räkna ut en övre gräns för hur effektiv en förbränningsmotor kan bli bara med hjälp av första och andra huvudsatsen. (Termodynamik åberopas av den anledningen också i debatter om hållbarhet, vilket jag skrev om för några år sen.)
Vad Jeremy England gör är att undersöka just sådana gränser, men i betydligt mer komplicerade sammanhang. Hans artiklar utforskar vilka gränser termodynamiken sätter för komplexa kemiska och till och med biologiska system, som molekyler som kan kopiera sig själva (tänk RNA) eller celler som delar sig. Framför allt studerar han vilka gränser termodynamiken sätter för samspelet mellan t.ex. en bakterie i färd med att dela sig och dess omgivning.
Eftersom termodynamik omgärdas av en hel rad med missförstånd kan det vara bra att reda ut en sak här. I termodynamiken arbetar man så ofta som möjligt med antagandet att saker och ting är i, eller mycket nära, termodynamisk jämvikt eftersom flera användbara samband bara är giltiga i jämvikt. Detta har gett upphov till den seglivade myten att termodynamik generellt bara kan appliceras på system som är i jämvikt, vilket inte stämmer. Termodynamisk jämvikt syftar på att föremål som är i kontakt med varandra efter en stund hamnar i liknande tillstånd när det gäller t.ex. temperatur ellet tryck (ett exempel: Ditt kaffe är i termodynamisk jämvikt med omgivningen när det svalnat till rumstemperatur). Levande system jobbar ofta hårt för att inte hamna i jämvikt med omgivningen, så om man i likhet med Jeremy England vill studera sådana behöver man en termodynamik för det som avviker från jämvikt. Vilket är precis vad professor England sysslar med.
Många av Englands nyare artiklar tar upp självorganisering, alltså fenomenet att enkla beståndsdelar spontant kan bilda större, regelbundna strukturer. Ett exempel är vattenmolekyler som bildar snöflingor, ett annat exempel är levande celler. England visar hur självorganisering blir mer sannolik ju mer den leder till ökat energiutbyte med omgivningen. Framför allt verkar det vara fördelaktigt om självorganiseringen leder till att mycket värme dumpas i omgivningen, vilket ökar den totala entropin. Det är det här Dan Brown fått nys om och omvandlat till idén att universum har som syfte att öka sin entropi och att liv, som ju är en form av självorganiserade system, egentligen bara är ett sätt att uppnå entropiökning. Brown gör som sagt en hejdlös övertolkning av resultaten - universums syfte nämns inte i artiklarna och är antagligen inte något man kan härleda ur termodynamikens lagar - men är man intresserad av hur komplexa system uppstår är Englands resultat fascinerande i sig.
