엔트로피를 삐뚫게 이해하면 ...
찬 물은 가만히 두면 끓는다.
우주에서도 그렇다.
이것이 자연의 섭리이고, 클수록 탄압받는 엔트포리이다 !!
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엔트로피 궁금증이 생겼습니다. ( 예전에는 이런 일이 생기면 혼자 낑낑대다가, 그냥 책을 던지고 말았을 텐데, 이렇게 물어볼 수 있어서, 너무 감사합니다 !! )
책의 p.261 delta S= delta Q / T, 절대온도 T 아래 놓은 한 물체가 주변으로부터 delta Q 에 해당하는 열을 받게 될 때, 그 물체의 엔트로피 S 는 delta Q / T 만큼 증가한다.
그리고 열역학 제2법칙은 고립계에서 엔트로피는 증가한다.
문과 창을 닫은 방 안에 뜨거운 물과 얼음을 넣어 두면, 시간이 한참 지나면 물은 식고 얼음도 녹고, 결국 공기의 온도와 더웠던 물과 녹은 얼음물의 온도가 모두 같아진다. 이걸 얘기하는 것이 엔트로피 증가이고, 열역학 제2법칙이다. 이렇게 들었습니다만, 위의 식과는 좀 다릅니다.
더운 물은 식게되는데, 위의 식으로 보면 주변으로부터 -Q 의 열을 받게 되는 것이고, 그러면 엔트로피는 - 마이너스가 됩니다. 얼음이 녹는 것은 주변에서 Q 의 열을 받으니, 엔트로피는 증가하지요.
엔트로피 증가로 보면 얼음이 녹는 것은 이해되지만, 더운 물이 식는 것은 엔트로피 감소가 되니 여기에 열역학 2법칙을 강제로 적용하면, 더운 물은 가만히 두면 주변으로부터 열을 끌어모아서 펄펄 끓어야 합니다 !
제가 식을 잘못 이해했나 봅니다 ㅠㅠ 그런데 저 식은 너무 간단해서, 엔트로피와 주변에서 들어온 열이 서로 비례한다인데요 ... ??
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얼음, 물, 수증기, 이렇게 H2O 의 거시상태를 나누고, 미시상태들의 수인 엔트로피를 (이론적으로) 헤아려 본다면, 얼음이 가장 적고, 물이 중간쯤, 수증기가 가장 클 것입니다.
여기에 열역학 2법칙을 적용하면, 우주에서 가장 흔한 H2O 의 거시상태는 수증기가 되야 할텐데, 현실에서는 얼음입니다. 우주의 대부분은 절대영도에 가까운 춥고 텅빈 공간이니까요. 엔트로피가 온도와 연결되지만, 온도를 빼고 그냥 엔트로피만 생각하는 것은 이런 이상한 결과가 나옵니다.
또한 엔트로피가 로그 값이라, 그냥 확률이 아니라 풀어야 합니다.
A 상태와 B 상태의 엔트로피 값이 2와 3 이라면, 미시상태의 수로 변경하려면,
2/5 : 3/5 = 40% : 60% 가 아니라, log 2 와 log 3 (편의상 상용로그라고 한다면) 10 와 100.
10/110 : 100/110 = 9.09% : 90.909% 입니다.
숫자로 하나 차이가 실은 10배 차이니까요. (로그로 표현하니까 자릿수가 많은 큰 수에 차별을 두는 것 같습니다)
거시상태가 달라도 다 미시상태가 가능한 수로 바꾸어서 그게 가장 큰 걸로 된다라는 것이 선뜻 이해가 안됩니다. 이건 모든 미시상태로 있을 가능성이 완전히 같을 경우만 그럴테니까요. 하지만 거시상태끼리의 변화를 상전이라고 하고, 그때는 많은 에너지가 필요하다고 들었는데, (얼음에서 물로 그냥 바뀌지 않지요. 물에서 수증기도요) 그러면 하나의 거시상태 내의 미시상태끼리는 서로 가능성이 같을지는 몰라도, 서로 다른 거시상태 내의 미시상태 끼리 비교는 꽤나 다르고 어려운 문제가 아닐까 싶습니다.
엔트로피를 타이핑할때 자주 엔트포리라고 치게 됩니다. 이런 식으로 처음 작명할때 에너지 특, 이렇게 하려다가 타이핑을 잘못했는데, 그게 왠지 어감이 좋아서 나중에 그 어원을 찾아 붙인 것을 아닐까요? 만약 우리나라에서 만들었다면, 엔트로피가 아니라 엔트포리가 되고, 에너지 + 포텐셜 + 이치 이렇게 설명을 붙이지 않았을까요? (저만 그럴까요? ㅠㅠ)
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시지프스님, 글을 참 재밌게 쓰시네요~ ^^
답은 자연사랑님께서 해주시거나 세미나 때 장회익샘께서 해주실 수 있을 것 같은데요?!
(저는 엔토로피, 엔티로피로 오타 자주 나옵니다. ㅋ)
답이 늦었습니다. 중요한 문제이지만, 의외로 자주 혼동되고 있기 때문에 될수록 상세하게 설명하고 싶은데, 잘 될지 모르겠습니다.
답글을 한참 쓰다 보니 너무 길어져서 독립된 글로 만들어서 따로 올렸습니다.
한 가지 덧붙이자면, 시지프스님이 질문하신 내용에 직접 대답이 되는 내용이 장회익 선생님의 대담 6-2에 상세하게 나옵니다. 한번 듣고 바로 이해가 안 되더라도 두번쯤 들으시면 대단히 명쾌하고 정확한 이야기임을 알아채실 수 있을 겁니다.