Elämä on alkanut maapallolla kerran ja jatkunut jo neljän miljardin vuoden ajan. Vaikka uskoisimme suurin piirtein tietävämme, mitä elämä on, elämän määrittely on osoittautunut kiperäksi ja monitahoiseksi kysymykseksi.
Biologisen määritelmän mukaan elämä on syntymän ja kuoleman rajaama tila. Tällainen tila voi olla eliöllä, kuten bakteerilla, sienellä, kasvilla tai eläimellä. Niiden tunnusmerkkejä ovat itsenäisyys, vastaaminen ärsykkeisiin, aineenvaihdunta, moduulirakenne, kasvu, mukautuvuus ja kyky lisääntyä.
Tunnusmerkkien lista on kättä pidempää elämän luonnontieteellistä määrittelyä varten. Joku voi ajatella, että lista antaa kuitenkin hieman valjun käsityksen ihmisen elämästä. Esimerkiksi eksistentiaalisen filosofian avainkäsitteet, kuten huoli, vapaus ja vieraantuneisuus, avaavat erilaisen ja tärkeän näkökulman ihmisenä olemiseen.
Huomiota kiinnittää myös se, että elämän määrittely tilaksi kuulostaa melko staattiselta. Moni haluaisi korostaa, että elämä on dynaaminen prosessi. Niinpä kun jokin on elossa, se tekee ja toimii. (Brian Villmoare, The Evolution of Everything: The Patterns and Causes of Big History, Cambridge University Press, 2023, 48–49.)
Eräs elämän tekemä asia on se, että se tuo maailmaan järjestystä. Tämä voidaan nähdä vaikkapa kukan terälehtien symmetrisissä kuvioissa, lintuparven liikkeessä tai ihmisen tekemissä esineissä ja rakennelmissa.
Elämän tuoma järjestys on kuitenkin särkyvää ja haavoittuvaista. Ihminen myös tahallaan tuhoaa järjestystä, aiheuttaa epäjärjestystä ja kylvää kuolemaa. Ääriesimerkkejä ovat sodat ja kansanmurhat.
Kuolemassa elintoiminnot lakkaavat ja ruumis alkaa hajota nopeasti. Se, mikä vielä elossa ollessa oli lämmin ja järjestyksessä, kylmenee ja menee epäjärjestykseen kuoleman jälkeen.
Entropia tarkoittaa epäjärjestyksen lisääntymistä. Entropia on myös epäjärjestyksen mitta: se kasvaa järjestyksen vähetessä. Tätä mittaa käytetään muun muassa termodynamiikassa eli lämpöfysiikassa, tilastollisessa mekaniikassa ja informaatioteoriassa.
Epäjärjestyksen lisääntymisen arkisia ilmenemismuotoja ovat kaaos ja siivottomuus sekä rikkoutuminen ja ränsistyminen. Siten entropian vertauskuvaksi sopii esimerkiksi roskainen puisto, ränsistynyt talo, kuoppainen tie tai hiipuva nuotio. Ne eivät itsestään palaa järjestykseen ja entiseen loistoonsa: puisto ei siivoudu, autiotalo ei remontoidu, nuotio ei kohene eivätkä kuopat tasoitu itsestään. Siksipä kokonaiset toimialat on valjastettu entropian jälkien korjaamiseen. Tällaisia toimialoja ovat siivouspalvelut, huoltoyhtiöt, remonttifirmat, autokorjaamot, parturi-kampaamot sekä sosiaali- ja terveyspalvelut.
Termodynamiikka eli lämpöoppi on fysikaalisen kemian ja fysiikan osa-alue. Se tutkii luonnonilmiöiden energianmuutoksia, erityisesti lämmön ja muiden energiamuotojen välisiä muutoksia. Termodynamiikka tutkii myös näitä muutoksia sääteleviä lainalaisuuksia.
Fyysikko Ludwig Boltzmann (1844–1906) sovelsi termodynaamisissa tutkimuksissaan tilastollisia menetelmiä. Kehittäessään kineettistä kaasuteoriaa hän huomasi yhteyden entropian ja todennäköisyyden välillä.
Termodynaamiseksi todennäköisyydeksi kutsutaan niiden mikrotilojen (eli osatilojen) osuutta, jotka toteuttavat tarkasteltavan makrotilan (eli kokonaistilan). Siten termodynaaminen todennäköisyys viittaa siihen, kuinka monella tavalla järjestelmän tila voi toteutua.
Termodynaaminen todennäköisyys voi olla sata prosenttia vain teoriassa. Silloin järjestelmän lämpötila on absoluuttinen nolla eli järjestelmässä ei ole lainkaan lämpöliikettä. Tässä teoreettisessa tilanteessa kaikki mikrotilat toteuttavat tarkasteltavan makrotilan.
Reggae-artisti Jukka Poika laulaa tulevansa kylmästä lämpimään. Se on – huumorin pilke silmäkulmassa – termodynamiikan toisen pääsäännön vastaista. Säännön mukaan lämmön siirtyminen tapahtuu spontaanisti aina korkeammasta lämpötilasta matalampaan. Lämpötilaerot pyrkivät siis tasoittumaan, ja tasoittumisen suunta on lämpimästä kylmään.
Näin on ollut alusta lähtien. Sekunnin miljardisosan ikäinen maailmankaikkeus koostui äärimmäisen kuumasta alkeishiukkaspuurosta. Sen jälkeen maailmankaikkeus on laajentunut ja jäähtynyt.
Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo myös, että entropia kasvaa vain suljetussa järjestelmässä, kuten maailmankaikkeudessa. Järjestelmän tasapainotila saavutetaan, kun epäjärjestyksellä on enimmäisarvo. Silloin järjestelmän sisäinen energia on jakautunut mahdollisimman tasaisesti tai satunnaisesti. Tätä kuvaavat hyvin entropia-sanan synonyymit ’haje’ ja ’hajaantumisaste’.
Fyysikko Léon Brillouinin (1889–1969) mukaan informaatio on entropian vastakohta eli negatiivista entropiaa. Sitä kuvaamaan hän keksi uudissanan: negentropia. Jo ennen Brillouinia negatiivisesta entropiasta puhui fyysikko Erwin Schrödinger (1887–1961) kirjassaan What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell (Cambridge University Press, 1944).
Negentropia tarkoittaa järjestyneisyyden kasvua ja informaation lisääntymistä. Tällainen kasvu ja lisääntyminen on mahdollista avoimissa järjestelmissä, jotka saavat energiaa ympäristöstään. Sellaisia järjestelmiä ovat myös eliöt, kuten ihminen.
Elämä – syntymän ja kuoleman välinen tila – vaatii siis energiaa ympäristöstään. Aurinko on maapallolla tavattavalle elämälle ensisijainen energianlähde. Entropia on kuitenkin niin suuri tuhovoima, että sen ilmenemismuoto kuolema vie aina lopulta voiton: kukaan ei ole tänne jäänyt, kaikki ovat kylmenneet.
On ihmeellistä, että aineesta voi syntyä elämää. Näin voidaan sanoa sitäkin suuremmalla syyllä, kun elämä joutuu taistelemaan vahvaa fysikaalista perusilmiötä, entropiaa vastaan. Vuonna 1875 Ludwig Boltzmann totesi tästä seuraavasti:
Elollisten olentojen yleinen kamppailu olemassaolosta ei ole kamppailua raaka-aineista – näitä ovat organismeille ilma, vesi ja maaperä, joita kaikkia on runsaasti saatavilla – eikä energiasta, jota on runsaasti missä tahansa kehossa lämmön muodossa, vaan kamppailua [negatiivisesta] entropiasta, joka tulee saataville energian siirtyessä kuumasta auringosta kylmään maahan. (Villmoare 2023, 49–50.)
Näin Boltzmann määritteli elämän energiankäytöksi, joka pyrkii voittamaan universaalit voimat, erityisesti entropian. Villmoaren (2023, 50) mielestä tämä on hyvä määritelmä siksi, että se kuvaa elämän olemusta: taistelua universumia vastaan.
Universumin perusvoimilla – vahvalla ja heikolla ydinvoimalla, sähkömagneettisella voimalla ja painovoimalla sekä pimeän energialla – on kaksoisrooli (Heikki Oja, Universumi, Helsinki: Ursa, 2017). Ne mahdollistavat sekä järjestyksen syntymisen että tuhoutumisen.
Kuten sanottu, entropia tarkoittaa epäjärjestyksen lisääntymistä. Elämä puolestaan pyrkii vangitsemaan energiaa ja käyttämään sitä järjestyksen luomiseen. Tämä on elämässä niin erityistä ja ainutlaatuista: elämä vastustaa entropian raakaa tuhovoimaa. Elämää on syytä arvostaa lopputuloksesta riippumatta.
