Naturen är inte homogen. Det mesta av universum är komplext och består av olika delsystem-fristående system inom en större helhet. Mikroskopiska celler och deras omgivning, till exempel, kan delas in i många olika delsystem:ribosomen, cellväggen, och det intracellulära mediet som omger cellen.

Termodynamikens andra lag berättar att den genomsnittliga entropin för ett slutet system i kontakt med ett värmebad - grovt sett, dess "störning" - ökar alltid med tiden. Pölar fryser aldrig tillbaka till en isbaks kompakta form och ägg bryter sig aldrig. Men den andra lagen säger ingenting om vad som händer om det slutna systemet istället består av interaktiva delsystem.

Ny forskning av SFI -professor David Wolpert publicerad i New Journal of Physics överväger hur en uppsättning interagerande delsystem påverkar den andra lagen för det systemet.

"Många system kan ses som om de vore delsystem. Så vad? Varför egentligen analysera dem som sådana, snarare än bara ett övergripande monolitiskt system, som vi redan har resultaten för, "Frågar Wolpert retoriskt.

Anledningen, han säger, är att om du betraktar något som många interagerande delsystem, du kommer fram till en "starkare version av den andra lagen, "som har en undre nollgräns för entropiproduktion som härrör från hur delsystemen är anslutna. Med andra ord, system som består av samverkande delsystem har ett högre golv för entropiproduktion än ett enda, enhetligt system.

All entropi som produceras är värme som måste släppas ut, och så är energi som måste förbrukas. Så en bättre förståelse för hur delsystemnätverk påverkar entropiproduktion kan vara mycket viktigt för att förstå energin i komplexa system, såsom celler eller organismer eller till och med maskiner

Wolperts arbete bygger på en annan av hans senaste tidningar som också undersökte termodynamiken i delsystem. I båda fallen, Wolpert använder grafiska verktyg för att beskriva interaktiva delsystem.

Till exempel, följande bild visar de probabilistiska kopplingarna mellan tre delsystem - ribosomen, cellvägg, och intracellulärt medium.

Som en liten fabrik, ribosomen producerar proteiner som lämnar cellen och kommer in i det intracellulära mediet. Receptorer på cellväggen kan detektera proteiner i det intracellulära mediet. Ribosomen påverkar direkt det intracellulära mediet men påverkar endast indirekt cellväggreceptorerna. Något mer matematiskt:A påverkar B och B påverkar C, men A påverkar inte direkt C.

Varför skulle ett sådant delsystemnätverk få konsekvenser för entropiproduktion?

"Dessa begränsningar - i och för sig - resulterar i en förstärkt version av den andra lagen där du vet att entropin måste växa snabbare än vad som skulle vara fallet utan dessa begränsningar, "Säger Wolpert.

Ett måste använda B som mellanhand, så det är begränsat från att agera direkt på C. Den begränsningen är det som leder till ett högre golv på entropiproduktion.

Många frågor återstår. Det aktuella resultatet tar inte hänsyn till styrkan i förbindelserna mellan A, B, och C - bara om de finns. Det berättar inte heller för oss vad som händer när nya delsystem med vissa beroenden läggs till i nätverket. För att svara på dessa och mer, Wolpert arbetar med samarbetspartners runt om i världen för att undersöka delsystem och entropiproduktion. "Dessa resultat är bara preliminära, " han säger.