고립계, 닫힌 계, 열린 계에 대한 질문이 있어서 이전에 이 자연철학 게시판에 댓글로 달았던 것을 찾아서 모아 두었습니다.

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열역학의 계는 고립계, 닫힌계, 열린계로 구별하여 사용합니다. 아래 그림이 이 세 개념의 차이를 잘 보여줍니다.

(그림 출처: https://www.quora.com/What-does-a-closed-system-exchange-with-its-surroundings)

표준적인 교과서의 정의에 따르면, 고립계(isolated system)는 에너지 교환도 안 되고 물질 교환도 안 되는 경우이고, 닫힌 계(closed system)는 에너지 교환은 되지만 물질 교환은 안 되는 경우이며, 열린 계(open system)는 에너지 교환과 물질 교환 모두 허용되는 경우로 정의합니다.

참고: A System and Its Surroundings

종종 물리학, 화학, 화학공학, 생태학 등등 각 영역에서 정의를 다르게 사용하기도 합니다. 지금은 거의 위에 말한 정의가 가장 표준적인 정의로 자리잡았습니다.

이전에 우주 전체가 닫힌 계인가, 아니면 고립계인가 하는 질문이 있었습니다.

현대의 우주론자들은 우주 전체가 고립계일 것이라고 믿고 있지만, 그에 대한 실증적 증거는 없습니다. 우주론 교과서나 논문들을 여기저기 찾아보았는데, 우주 전체가 고립계라는 증거를 제시한 것은 발견하지 못했습니다. 실상 우주 전체는 정의상 전체이기 때문에 그 바깥에 무엇인가가 있는 것도 아니고 우주로 에너지가 유입되는 것도 아니라고 보아야 자연스럽습니다. 그러나 현대우주론에서도
우주의 경계가 따로 있는 것은 아니고 우주의 사건지평면도 선명하게 여기 있다 저기 있다 말할 수 있는 것이 아닙니다. 따라서 우리가 볼 수 있는 우주의 바깥 쪽에서 물질이 유입될 수도 있고 에너지도 출입할 수 있을 겁니다. 그렇게 되면 고립계가 아니라 닫힌계나 열린계일 수 있습니다.

하지만 여하간 현대우주론의 표준모형에서는 우주 전체를 고립계라고 가정하고 이야기를 풀어갑니다.