치약을 튜브에 쉽게 넣을 수 없습니다. 증기 분자가 자발적으로 다시 함께 이동하여 물 공을 형성하는 것을 기대할 수 없습니다 . 한 무리의 코기 강아지를 들판에 놓아두면 많은 일을하지 않고도 모두 다시 상자에 모을 수있을 것 같지 않습니다. 이것은 엔트로피의 법칙이라고도 알려진 열역학 제 2 법칙과 관련된 문제입니다.
열역학 제 2 법칙
열역학은 공학에서 자연 과학, 화학, 물리학 및 경제학에 이르기까지 다양한 과학 분야에서 중요합니다. 열역학 시스템은 에너지가 들어 오거나 나가지 않는 밀폐 된 공간입니다.
열역학의 첫 번째 법칙은 에너지 보존과 관련이 있습니다. 외부에서 변경되지 않는 한 폐쇄 된 시스템의 에너지가 일정하게 유지된다는 사실을 들어 본 적이있을 것입니다 ( "에너지는 생성되거나 파괴 될 수 없음"). 그러나 에너지는 끊임없이 형태를 변화시킵니다. 화재는 식물의 화학 에너지를 열 및 전자기 에너지 로 바꿀 수 있습니다 . 배터리는 화학 에너지를 전기 에너지로 바꿉니다. 세상이 바뀌고 에너지가 덜 조직화됩니다.
뮌헨 공과 대학 생명 과학부 생물 열역학 박사후 연구원 인 Marko Popovic은 "열역학의 두 번째 법칙은 엔트로피 법칙이라고합니다." 라고 이메일을 통해 말했습니다. "그것은 자연에서 가장 중요한 법칙 중 하나입니다."
엔트로피는 폐쇄 시스템에서 장애를 측정 한 것입니다. 두 번째 법칙에 따르면 시스템의 엔트로피는 거의 항상 시간이 지남에 따라 증가합니다. 시스템에서 질서를 생성하기 위해 작업을 수행 할 수 있지만 재정렬에 투입된 작업조차도 일반적으로 열의 형태로 부산물로 무질서를 증가시킵니다. 엔트로피의 측정은 확률을 기반으로하기 때문에, 물론 때때로 시스템에서 엔트로피가 감소하는 것이 가능 하지만 통계적으로는 거의 불가능합니다.
장애의 정의
에너지를 내보내거나 내 보내지 않는 시스템을 찾는 것은 생각보다 어렵습니다. 우리 우주는 우리만큼 좋은 예입니다.하지만 엔트로피는 우주만큼이나 큰 시스템에서 무질서가 어떻게 발생하는지 설명합니다. 커피로 가득 찬 보온병만큼 작습니다.
그러나 엔트로피는 침팬지 무리를 부엌에 가두었을 때 생각하는 장애 유형과 관련이 없습니다. 그것은 얼마나 큰 엉망진창이 가능한지 보다는 그 부엌에서 얼마나 많은 엉망진창을 만들 수 있는지 와 더 관련 이 있습니다. 물론 엔트로피는 많은 요인에 따라 달라집니다. 침팬지의 수, 부엌에 얼마나 많은 물건이 저장되어 있는지, 부엌의 크기 등입니다. 따라서 두 개의 주방을 살펴보면 하나는 매우 크고 아가미에 비축되어 있지만 꼼꼼하게 깨끗합니다. 다른 하나는 더 적은 물건을 넣은 작은 주방이지만 이미 침팬지에 의해 꽤 쓰레기가났습니다. 더 지저분한 방에 더 많은 것이 있다고 말하는 것이 좋습니다. 엔트로피,하지만 반드시 그런 것은 아닙니다. 엔트로피는 얼마나 많은 다른 상태가 가능한지에 대해 더 많이 우려 합니다.현재 얼마나 무질서한지보다; 따라서 시스템은 더 많은 분자와 원자가 있고 더 크면 더 많은 엔트로피를 갖습니다. 그리고 더 많은 침팬지가 있다면.
엔트로피가 혼란 스럽습니다.
엔트로피는 가장 적은 수의 사람들이 실제로 이해하는 가장 진정한 과학적 개념 일 수 있습니다. 엔트로피의 개념은 매우 혼란 스러울 수 있습니다. 부분적으로는 실제로 다른 유형 이 있기 때문 입니다. 헝가리의 수학자 존 폰 노이만 (John von Neumann) 은 이와 같이 상황을 한탄했다. "엔트로피가 실제로 무엇인지 아무도 모르기 때문에 토론에서 '엔트로피'라는 용어를 사용하는 사람은 항상 이깁니다. 따라서 토론에서는 항상 이점이 있습니다."
"엔트로피를 정의하는 것은 약간 어렵습니다."라고 Popovic은 말합니다. "아마도 그것은 유용한 일로 변환 될 수없는 시스템 에너지의 일부를 나타내는 음이 아닌 열역학적 특성으로 가장 잘 정의 될 것입니다. 따라서 시스템에 에너지를 추가하면 에너지의 일부가 변환 될 것임을 의미합니다. 엔트로피로, 시스템의 장애를 증가시킵니다. 따라서 엔트로피는 시스템 장애의 척도입니다. "
하지만 혼란스러워도 기분 나빠하지 마세요. 정의는 현재 사용중인 분야에 따라 달라질 수 있습니다.
19 세기 중반, 열역학 개념의 창시자 중 한 명인 Rudolph Clausius 라는 독일 물리학자가 증기 엔진의 효율성 문제를 연구하고 엔트로피 개념을 발명하여 변환 할 수없는 쓸모없는 에너지를 측정했습니다. 유용한 일. 20 년 후 Ludwig Boltzmann (엔트로피의 다른 "설립자")은이 개념을 사용하여 엄청난 수의 원자의 거동을 설명했습니다. 물 한 잔에있는 모든 입자의 거동을 설명하는 것은 불가능하지만 여전히 예측할 수 있습니다. 엔트로피 공식을 사용하여 가열 될 때의 집단적 행동.
"1960 년대 미국의 물리학 자 ET Jaynes 는 엔트로피를 시스템의 모든 입자의 움직임을 지정하기 위해 놓친 정보로 해석했습니다."라고 Popovic은 말합니다. "예를 들어, 1 몰의 가스는 6 x 10 23 개의 입자 로 구성되어 있습니다 . 따라서 우리에게는 각 입자의 움직임을 설명하는 것이 불가능하므로 대신 다음으로 최선의 작업을 수행합니다. 그러나 온도, 압력, 총 에너지와 같은 결합 된 모든 입자의 속성을 통해 각 입자가이 작업을 수행 할 때 손실되는 정보를 엔트로피라고합니다. "
그리고 "우주의 열사"라는 무서운 개념은 엔트로피 없이는 불가능할 것입니다. 우리 우주는 극도로 작고 질서있는 에너지 지점 인 특이점으로 시작했을 가능성이 높기 때문에 팽창하고 계속해서 계속 팽창하고 있기 때문에 엔트로피는 우주에서 지속적으로 성장하고 있습니다. 여기에서 채택 할 원자. 과학자들은 당신과 내가 사라진 지 오래 지나면 우주는 결국 최대 무질서의 어느 지점에 도달 할 것이며, 그 지점에서 모든 것이 같은 온도가 될 것이며 (별과 침팬지와 같은) 질서 주머니가 발견되지 않을 것이라고 가정했습니다.
그리고 그것이 발생한다면, 우리는 그것에 대해 감사 할 엔트로피를 갖게 될 것입니다.
이제 흥미 롭 네요
20 세기 과학자 Arthur Eddington 경은 엔트로피의 개념이 과학에 매우 중요하다고 생각하여 1928 년 에 The Nature of the Physical World 에 다음과 같이 썼습니다 . "엔트로피가 항상 증가하는 법칙은 자연 법칙 중 최고의 위치를 유지하고 있다고 생각합니다. ... 당신의 이론이 열역학 제 2 법칙에 위배되는 것으로 밝혀 졌다면 나는 당신에게 희망을주지 않을 수 있습니다. 가장 큰 굴욕 속에 무너질 것은 아무것도 없습니다. "
