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3기 새 자연철학 세미나 [자연철학 강의 공부모임] 13회

1월 13일 8:30 오전 – 10:30 오후 KST

2024년 10월 14일부터 약 25회 예정으로 3기 새 자연철학 세미나 <장회익의 자연철학 강의> 공부모임이 진행됩니다. 『장회익의 자연철학 강의』 (2019, 추수밭)를 읽고 토론하면서 학자 장회익이 확립한 통합적인 자연 이해에 접해봅니다. 자세한 계획은 3기 새 자연철학 세미나 안내 페이지를 참고해주시기 바랍니다.

3기 새 자연철학 세미나 <장회익의 자연철학 강의> 공부모임 13회

때 : 2025년 1월 13일 월요일 오후 8시 30분 ~ 10시 30분

곳 : 온라인 Zoom 모임공간 ID – 818 2881 9155 (https://khu-ac.zoom.us/j/81828819155)

이야기 주제와 읽을 부분 : 

참고할 만한 녹색아카데미 홈페이지의 글들 :

1월 6일 모임에서는 통계역학의 기초 개념인 ‘미시상태’와 ‘거시상태’, ‘내부에너지’, 그리고 ‘엔트로피’ 개념에 대해 비교적 자세히 이야기를 나누었습니다.

우리가 일상적으로 접하는 대상들은 우리가 의미있게 구분할 수 있는 상태 중 어떤 한 가지 상태에 놓입니다. 대표적인 것이 고체 상태에 있는가, 액체 상태에 있는가, 기체 상태에 있는가 하는 상(相; phase)입니다. 이렇게 대상이 가질 수 있는 현상적으로 구분가능한 형상을 거시상태, 또는 개괄상태라고 합니다. 그런데 하나의 거시상태는 같은 형상으로 나타나지만 세부적으로 구분되는 수많은 미시상태들, 또는 개별상태들을 갖습니다. 윷놀이를 생각한다면 도, 개, 걸, 윷, 모의 5가지 윷패가 거시상태에 해당합니다. 이 때 윷가락 하나하나를 구분한다면 1, 2, 3, 4번의 윷가치 중 어느 것이 엎어졌고 어느 것이 뒤집어졌는가에 따라 도에도 4가지 경우가 있고 개에도 6가지 경우가 있음을 구분할 수 있는데 이것이 바로 미시상태라 할 수 있습니다. 이처럼 우리가 의미있게 구분하고 있는 거시상태마다 그에 해당하는 미시상태들을 헤아리게 되면 대상이 어떤 거시상태에 있음직한가를 확률론적으로 이해할 수 있게 됩니다.

엔트로피는 이러한 확률론적 의미를 양적으로 표현하는 개념입니다. 각 거시상태마다 그에 해당하는 미시상태가 상당히 많다고 보면 미시상태의 수를 직접 다루기보다 미시상태의 자릿수만 논하는 게 더 간편한데 바로 어떤 거시상태에 해당하는 미시상태 수의 자릿수가 바로 엔트로피라 할 수 있습니다. J/K라는 단위를 부여하기 위한 상수가 붙기는 하지만 의미만 따지면 미시상태 수의 로그값, 즉 자릿수가 바로 엔트로피입니다.

미시상태와 거시상태 개념, 그리고 엔트로피 개념이 이렇게 확률을 말하는 바라는 점을 이해하게 되면 열역학 제2법칙 역시 확률을 말하는 것이라는 점을 쉽게 알 수 있습니다. 대상의 형상, 즉 거시상태는 어떻게 변화할까? 미시상태 수가 적은 거시상태에서 미시상태 수가 많은 거시상태로 변화할 겁니다. 그게 더 흔한, 더 있음직한 상태이니까요. 달리 말하면 엔트로피가 적은 거시상태에서 엔트로피가 높은 거시상태로 변화할 겁니다. 이미 엔트로피가 높은 거시상태에 있다면 거의 확실하게 엔트로피가 낮은 거시상태로 변하지는 않을 겁니다.

6일 모임에서는 통계역학의 개초 개념을 이해하면서 이를 더 확실하게 이해하기 위해 여러 가지 질문을 던지고 이야기를 나누었습니다. 내부에너지 개념, 온도 개념, 엔트로피가 에너지의 함수라는 말의 의미, 거시상태, 또는 형상은 무엇을 기준으로 규정하는가, 고립계의 에너지는 변하지 않는데 왜 엔트로피는 증가하는가, 엔트로피, 절대온도, 자유에너지 개념은 어떻게 통계역학의 바탕관념이 되는가 하는 점 등등에 대해 묻고 답했던 것으로 기억됩니다.

1월 13일 모임에서는 자유에너지 개념을 접하고, 열역학 제2법칙을 자유에너지 개념으로 어떻게 다시 쓸 수 있는지, 그리고 그 의미는 어떻게 새길 수 있는지 하는 점에 대해 이야기를 나누어 보겠습니다.

녹색아카데미

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