The Failures of Mathematical Anti-Evolutionism

(Sewell 2013b, 5)
Starting at the beginning, it is not at all true that “all current
statements of the second law apply only to isolated systems.” We have
noted that the most general possible statement of the second law is
found in equation 7.2, and that equation is valid in any thermody-
namical system. This equation, and the reasoning underlying it, can
be found in any thermodynamics textbook.
Moreover, the notion that in an open system entropy can
decrease, “but no faster than it is exported,” is a very crude way of
expressing what the equation says precisely. The equation tells us
exactly the extent to which entropy can decrease in an open system.
The next claim is that the second law “is all about using
probability at the microscopic level to predict macroscopic change.”
There is certainly some truth to this, as we discussed in Section 7.4.
The problem comes when we attempt to take his advice about
applying this understanding of the second law to evolutionary theory.
In trying to do so, we immediately confront the issue we discussed at
length in Chapter 5. Specifically, we have no way of determining the
appropriate probability distribution.
Statistical mechanics finds its most natural applications in the
theory of gases. When we have large ensembles of gas molecules, it is
appropriate to apply a uniform distribution to the various microstates,
and that justifies our conclusions about which macrostates are the
most likely to be observed. There are other sorts of relatively simple
physical systems whose macroscopic behavior can be usefully ana-
lyzed by considering the statistical behavior of large ensembles of
smaller particles, and the methods of statistical mechanics will find
applications to those systems as well.
This is not at all the situation with evolutionary theory. Imagine
some moment in natural history at which large numbers of animals

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7.10 reviving the second law argument 263
exist, and suppose we want to draw a conclusion about the future
course of evolution. There is no insight to be gained by treating those
animals as large ensembles of smaller particles. We have no basis
at all for relating the probabilistic behavior of the particles to the
macroscopic properties of the biosphere. The influx of solar energy
ultimately fuels all of the physical processes on which life relies, and
once life is present, it has a high probability of perpetuating itself
into the future. As in Chapter 5, there is no way of quantifying these
probabilities, and that is why biologists do not use probability theory
to model the long-term trajectory of evolution.
Sewell’s argumentation is striking for its level of abstraction.
He speaks casually of improbability and the second law, but he never
tells us precisely which part of the standard scientific account must
be discarded. In the case of evolution, what are the macroscopically
describable things he thinks are extremely improbable from the
microscopic point of view?
Strangely, Sewell finds his examples not from evolution, but
from the history of human technology. He is skeptical that atoms
will spontaneously rearrange themselves into airplanes and whatnot.
Now, we can certainly agree that on a lifeless planet, no amount
of solar energy will directly fuel any process that will cause atoms
to rearrange themselves into functional machines. You need intelli-
gence for that. It is possible that after many millennia, animals with
sufficient intelligence to build machines will appear, and then you
might have airplanes and the rest. Or it might be that such intelligent
animals never appear, and then you will not have those machines.
Regardless, the fact remains that once life appears and the
evolutionary process gets started, arrangements of matter that would
otherwise have been very improbable suddenly become not improba-
ble at all.
Finally, we should note there is no such thing as the “funda-
mental principle behind the second law.” The second law says what
it says, and no more. In a legal setting, it is common to contrast
the letter of the law with the spirit of the law, but there is no
such distinction in science. In the end, therefore, the principles of

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264 7 thermodynamics
thermodynamics do not actually play any role in Sewell’s argument.
He is only asserting his own incredulity over the theory of evolution
and then using thermo-jargon to give those vague doubts a patina of
scientific legitimacy.
This brings us to the end of our discussion of thermodynamics,
and of the many abuses of the subject found in the literature of anti-
evolutionism. Let us give the last word to Isaac Asimov, who aptly
summarized the situation:
The second law of thermodynamics (expressed in kindergarten
terms) states that all spontaneous change is in the direction of
increasing disorder, that is, in a “downhill” direction. There can
be no spontaneous build-up of the complex from the simple,
therefore, for that would be moving “uphill.” Clearly, then, the
creationist argument runs, since, by the evolutionary process,
complex forms of life form from simple forms, that process, as
described by scientists, defies the second law, and so creationism
must be true.
This sort of argument implies that a fallacy clearly visible to anyone
is somehow invisible to scientists, who must therefore be flying
in the face of the second law through sheer perversity. Scientists,
however, do know about the second law and they are not blind.
It’s just that an argument based on kindergarten terms, as so many
of the creationist arguments are, is suitable only for kindergartens.
(Asimov 1997, 9)
7.11 notes and further reading
There are many excellent books that discuss the basics of
thermodynamics. For a readable, nontechnical introduction to the
subject, I recommend the book by Goldstein and Goldstein (1993). For
a more advanced, but still nontechnical introduction, I recommend
the two books by Atkins (1984, 2010). For the reader with some
familiarity with calculus who does not mind a few equations, but who
would also prefer not to deal with the oppressive detail of the standard

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7.11 notes and further reading 265
textbooks, I recommend the book by Van Ness (1969), which remains
in print to this day. Finally, the two books by Lemons (2009, 2019)
have many insightful things to say.
For a thorough discussion of the relation of thermodynamics to evolution,
the classic book by Blum (1951) remains timely. A more recent
discussion of the same topics can be found in the book by Ho (1997).
We have noted that entropy as physicists understand it does not really
have much to do with everyday notions of order and disorder.
However, it is common in nontechnical introductions to
thermodynamics for writers to illustrate entropy with everyday
examples like messy rooms or shuffled decks of cards. As we have
noted, this is useful for communicating the flavor of the second law to
nonscientific audiences, but it is not sufficient if you are engaging in
serious scientific discourse. The two articles by Lambert (1999, 2002)
and the article by Leff (2012) provide useful discussions about how
easy it is to be misled if you think of entropy as synonymous with
disorder.
In Section 7.8, I discussed a calculation carried out by Robert Oerter to
estimate whether the entropy decrease due to evolution was in danger
of violating the second law. His calculation was carried out using the
classical understanding of entropy. Attempts to apply the statistical
mechanical understanding of entropy to evolution have been
attempted by physicists Daniel Styer (2008) and Emory Bunn (2009).
Both concluded that evolution is safe by many orders of magnitude
from any charge of violating the second law. Given the difficulties
inherent in imagining a biosphere as a large ensemble of smaller