- 2 , rain sounds asmr, Lightning thunder_01.mp3
엔트로피의 법칙
엔트로피(entropy)라는 말은 1800년대 말경 독일의 물리학자 루돌프 클라우시우스(R,J,E.Clausius)에 의하여 처음 고안된 것으로 무질서를 양(量)으로 나타내기 위한 수학적 수치이다.
즉 어떤 계(界)의 에너지 변화를 연구하는 학문인 열역학에서 사용되어지는 한 생태함수로서 그 수학적 표현은 dQ/T로 간단히 나타내어진다. 여기서 dQ는 어떤 계로 유입되는 열 흐름이며 T 는 절대온도를 의미한다.
열역학에는 다음과 같이 몇 가지 법칙이 있다.
제1법칙 : 에너지 보존법칙 = 에너지는 변환될 수는 있으나 창조되거나 소멸되지 않고 그 총량은 일정하다는 법칙
제2법칙 : 엔트로피의 법칙 = 열이 흐르는 방향을 규정하는 것으로 간단히 말해 열은 뜨거운 것에서 찬 것으로 흐른다는 것이다.
제3법칙 : 절대0도 (약 영하 237℃)에 결코 도달 할 수 없다는 법칙
따라서 엔트로피의 법칙이란 바로 제2법칙의 다른 표현 형태로서 “우주자체의 엔트로피는 계속해서 증가한다” 라는 뜻이며 외부와 단절된 고립된 계 안에서의 자체 엔트로피는 절대 감소하지 않는다는 것을 의미한다.
한 계 안에 들어있는 전체 열량은 두 부분으로 나누어 생각 할 수 있다. 하나는 다른 형태로 변환될 수 있는 유용한 에너지 부분(자동차의 경우 차를 움직이게 하는데 쓰인 휘발유의 열량)과 두 번째는 계를 유지하는데 소요되는 변환에 유용하지 못한 에너지 (자동차의 엔진이 가열되거나 마찰 및 배기가스로 새어나온 에너지 등)부분이다.
이 유용한 에너지량이 자유에너지 부분이고 유용하지 못 하게 된 에너지량이 곧 온도와 함께 엔트로피로 나타낸다.다시 말해 엔트로피는 계의 무질서도(randomness)를 나타내는 성질이기도 하며 무질서는 계속 증가상태가 되며 절대로 감소되지 않는다.
그러므로 어떤 형태의 에너지나 물질 할 것 없이 무질서로만 변해 가며 따라서 한 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시킬 때 쓰레기와 같이 에너지는 사용 할 수 없는 상태로 되어간다. 결국 사용가능한 에너지의 감소는 쓰레기의 증가를 뜻하며 이러할 경우 언제나 엔트로피는 증가한다는 것이다.
즉 엔트로피가 최대인 상태란 자연 상태와 같이 사용가능한 에너지가 최대인 상태이며 개인이나 단체 몇 각 나라에서 각종 에너지를 소비하는 현상은 엔트로피를 계속 증가 시키는 꼴이 되어 무질서가 최대가 되는 심각한 우려의 상태로 가고 있는 것이다.
그러므로 전 세계가 사활을 걸고 벌이는 기술개발 및 경제 성장이란 결국 사용가능한 에너지를 더더욱 사용 불가능한 쓰레기로 바꾸면서 그렇지 않아도 저절로 늘어날 수밖에 없는 엔트로피의 증가를 가속하여 높임으로서 에너지 고갈은 물론 환경오염 등, 큰 재앙을 가져올 환경을 만들어 가고 있는 것이다.
이렇게 볼 때 경제 발전이나 성장이 현 상태로 자행되어 가는 것이 바람직한 방향인가 재고해야 할 일이 아닌가 한다.
간단한 예를 들어보자.
혼합물이 담겨 있는 병이 그 좋은 예이다. 병 안에 있는 물질은 서로 섞이면서 반응하고 또 열도 발생할 것이고 분자구조도 변할 것이다. 즉 이 모든 변화는 병속의 엔트로피를 증가시키고 끝내는 일정형태의 화합물로 되면서 내용물의 온도는 일정하게 유지 될 것이다. 반응의 끝인 것이다.
이제 이 화합물을 원래의 상태로 되돌린다고 할 때 불가능한 것은 아니지만 그동안에 병속에서 일어났던 일을 역 반응시키기 위해서는 외부에서 다른 에너지와 물질들을 소비시켜야 주어야만 가능해진다. 이럴 경우 병속의 엔트로피를 감소시켜 줄 수는 있으나 전체적으로 보면 오히려 더 많은 에너지를 소비하여 결국 엔트로피를 증가시킨 꼴이 된다.
이제 이 병의 경우를 우주의 크기로 확장하여 적용해보자.
현대의 우주론에서 보면 우주는 계속 팽창하고 있다고 한다. 이와 같이 팽창을 거듭한 우주는 더 이상 팽창을 하지 않는 한계점에 도달할 것이다. 즉 우주 내의 엔트로피가 최대인상태 곧 무질서가 최대로 되는 상태가 되면 온도 역시 일정하게 되어 더 이상 온도 변화가 없는 상태가 될 것이다.
이 경우를 우주의 열 사망(heat death of the universe)이라 하는데 이는 우리 인류가 바라는 상황은 아니다. 이러한 극한 상황은 걱정할 것 없다고 여겨지므로 우주 걱정은 안 해도 좋으나 우리 지구환경 걱정은 하지 않을 수 없는 처지가 되었다.
따라서 천연자원을 아끼며 자연 친화적인 저에너지 사용방식과 자연을 사랑하고자 하는 세계관으로 사회발전의 방향을 재고하고, 자연과 함께 하며 자연과 더불어 살아가는 생활모습에 더욱 충실해야만 다가오는 에너지위기나 재앙을 조금이라도 늦출 수 있을 것으로 보인다