<과학과 메타과학> 8장 "물질과 생명"을 읽다가 든 '국소질서' 개념에 대한 궁금증을 두서없이 적어 봅니다. '질서', 또는 '국소질서' 개념을 어떻게 좁혀 이해해야 하는지 여전히 잘 모르겠네요.

<과학과 메타과학> 8장 "물질과 생명"의 4절 '생명과 자체촉매적 국소질서'에서는 생명을 '변이 가능한 자체촉매적 국소질서들의 체계'로 규정하면서 이것의 기초가 되는 '국소질서'를 '제한된 공간 영역 안에 설정된 준안정 meta-stable 동적 구조체 dynamical complex'라고 정의합니다(pp. 238-239). 또 열역학적으로는 '상대적으로 낮은 엔트로피를 유지하는 상태'라고도 규정합니다(p. 239).

이 '국소질서'를 어떻게 이해해야 할지 저는 늘 혼란스러운데요, 이런 혼란에 관련된 질문들을 아래와 같이 정리해보았습니다.

Q1. (일정한 조건에서 저절로 만들어지는) 원자나 원자핵 등 원자 이하의 ‘구조물’(?)은 국소질서인가, 아닌가?

Q1-1. ‘질서’란 ‘통계역학적 개념’, 즉 구성물이 많은 상황에서 통계역학적인 상태에 적용될 수 있는 개념인가? 아니면 상식적인 ‘질서’ 개념과 통계역학에서의 ‘질서’ 개념, 동역학에서의 ‘질서’ 개념이 모두 다 다른 것인가?

Q2. (일정한 조건에서 저절로 만들어지는) 분자, 분자화합물 등 ‘화학구조물’(?)은 국소질서인가, 아닌가?

Q3. 모래, 수정, 다이아몬드, 흑연 등 ‘결정구조물’(?)은 국소질서인가, 아닌가?

Q3-1. 우주 공간에서 먼지들이 뭉쳐서 항성과 행성을 이루고, 나아가 행성계, 은하 등등의 우주적 차원의 구조를 이루는 것은 국소질서인가, 아닌가? 

Q3-2. 흩어져 있는 것들이 뭉치는 것은 엔트로피가 낮은 상태인가, 높은 상태인가? 집안의 상황을 생각해보면 청소를 안 했을 때 늘 먼지들이 모여 뭉치는 곳들이 있다. 주어진 조건에서 먼지가 골고루 퍼져 있는 상태보다 특정한 데에 모여 덩이를 이루는 것이 더 그럼직한 것 같은데 바람이 일정하게 분다, 중력이 있다, 털 같은 장애물들이 있어서 움직임을 방해한다.. 등과 같은 특수한 조건이라면 흩어진 구성물들이 모여들어 덩어리를 이루는 것이 더 엔트로피가 높은 상태일 수 있는가?

Q4. (일정한 조건에서는) 물이 얼음이 되는 것이 엔트로피가 더 높은 상태이라 한다면, 얼음은 국소질서가 아닌가?

Q5. 영하에서는 얼음이 되고, 상온에서는 물이 되었다가, 100 ℃ 이상에서는 수증기가 되는 것이 해당 온도에서 가장 엔트로피가 높은 상태, 즉 가장 그럼직한 상태라고 한다면 우리가 일상적으로 만나게 되는 대부부의 물질 구조들은 국소질서라고 할 수 없는 것인가?

오늘 녹색문명공부모임 시간에 질문을 드리고 싶습니다.