현대 과학에서의 엔트로피 개념정리

 

엔트로피 라는 단어를 들어보신 적이 있나요?

물리학, 화학 등 다양한 과학 분야에서 중요한 역할을 하는 엔트로피는 시간과 에너지 관련해서도 정말 많이 나오는 단어입니다.

이번 글은 엔트로피의 기본 개념과 엔트로피가 다양한 분야에서 어떤 의미를 갖는지 알아보도록 하겠습니다

 

 

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엔트로피 개념

 

엔트로피(Entropy)는 시스템의 무질서도 혹은 불확실성을 측정하는 척도 입니다.

엔트로피가 높을수록 시스템의 무질서도가 높으며 특정 상태에 대한 정보가 적다는 것을 의미합니다.

 

엔트로피라는 개념은 열을 연구하는 학문인 '열역학' 에서 만들어진 개념인데요,

열역학 제 2법칙으로 정의되고 있습니다.

 

<열역학 법칙 정리>

열역학 0법칙(온도 평형의 법칙)
  : 두 시스템이 각각 세번째 시스템과 열적 평형에 있을 때, 그 두 시스템도 서로 열적 평형에 있다.

열역학 제 1법칙(에너지 보존 법칙)
  : 에너지는 창조되거나 소멸될 수 없으며, 오직 한 형태에서 다른 형태로 변환될 수만 있다는 법칙.
    시스템에 추가된 총 에너지는 내부 에너지의 증가와 시스템에 의해 행해진 일의 합과 같다.

열역학 제 2법칙(엔트로피 증가 법칙)
  : 고립된 시스템에서 엔트로피는 항상 증가한다. 
     열이 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 한 방향으로만 이동하며, 시간의 방향성과 관련이 있다.

열역학 제 3법칙(절대 영도의 법칙)
  : 절대영도(-273.15도) 에 도달하면 모든 운동이 멈추고 엔트로피가 최소값에 도달한다.
    절대영도에 가까워질수록 시스템의 엔트로피 변화는 0에 가까워지나,, 이러한 물리적 과정은 실제로는 불가능

 

 

열역학이라는 학문은 공학과정을 밟지 않은 분들께는 익숙하지 않은 개념일텐데, 열역학 분야에서 나타난 엔트로피라는 개념은 과학 분야 뿐 아니라 사회과학, 경제학, 에너지학 등에서도 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

우리 사회의 변화에 대한 근본적인 이해를 줄 수 있기 때문이죠.

엔트로피 

 

환경과 생태계에서의 엔트로피 

 

지구의 온난화에 대해서는 제가 기억하기로, 10년 전만 해도 논란이 많은 주제였습니다.

하지만 현재 과학계에서 인간의 에너지 소비로 인한 지구의 온난화가 가속화 되고 있다는 것은 이제는 사실로 밝혀진 것으로 알고 있습니다.

 

그리고 그 속도가 점점 가속화되고 있기 때문에 국제적인 규제가 필요하다 라던가..

온갖 이야기가 나오고 있지만  실제로 체감되는 것은 별로 없는 것도 현실입니다.

 

 

그런데, 이런 기후 변화와 생태계에도 엔트로피는 빠지지 않고 등장합니다.

 

우주를 연구하는 분야에서도 엔트로피는 중요한 개념이지만, 워낙 많은 시간이 흐른 뒤의 이야기니까,

우리 삶과 가장 밀접하게 관련있는 지구온난화와 생태계 관점에서 엔트로피가 어떻게 중요하게 적용하는지 정리해 보겠습니다. 

 

 

지구 온난화와 엔트로피

 

1. 에너지 불균형의 측정

 

지구 온난화는 주로 인간 활동에 의해 발생하는 온실가스 증가로 인한 지구의 에너지 균형 변화로 인해 발생합니다.

엔트로피는 이 에너지 불균형을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

온실가스는 지구 표면에서의 태양 복사 에너지의 불균형을 유발하며, 이는 엔트로피 증가로 이어집니다.

 

엔트로피?

 

2. 기후 시스템의 무질서도

 

지구 온난화는 기후 시스템의 전반적인 무질서도를 증가시킬 수 있습니다.

이는 극단적인 기상 현상의 증가, 기후 패턴의 변화 등 다양한 형태로 나타납니다.

엔트로피의 개념을 사용하여 이러한 변화를 분석하면, 기후 시스템의 복잡성과 그 변화를 더 잘 이해할 수 있습니다.

 

 

 

생태계 파괴와 엔트로피 

 

1. 생태계의 에너지 흐름

 

생태계 내에서의 에너지 흐름과 물질 순환은 엔트로피 변화로 분석될 수 있습니다.

생태계가 파괴될수록, 에너지 흐름이 덜 효율적이 되고 무질서도가 증가합니다.

예를 들어, 숲이 파괴되면 탄소 순환과 에너지 흐름이 방해받아 생태계의 전체 엔트로피가 증가합니다.

 

 

2. 자원의 비효율적 사용

 

인간 활동으로 인한 자원의 과도한 소비와 비효율적 사용은 전체 시스템의 엔트로피를 증가시킵니다.

예를 들어, 화석 연료의 사용은 높은 엔트로피를 가진 에너지 형태로 변환되며, 이는 환경에 부정적인 영향을 끼칩니다.

 

생태계 

 

뭔가 이상하지 않나요?

 

엔트로피는 분명 한 방향으로만 흐른다고 했는데, 지구 온난화는 계속 진행되고 있고 생태계의 엔트로피도 계속 증가만 하고 있습니다.

 

줄어드는 방향으로는 가지 못하죠.

 

그렇다면 생태계는 점점 망가질 수 밖에 없는 운명이라는 결론이 내려집니다.

 

 

Claude Shannon, 정보이론에서의 엔트로피

 

 

 

 

제러미레프킨의 <엔트로피> 라는 책에서는 이렇게 말합니다.

 

"지구의 허용 가능한 엔트로피는 정해져있고, 그 값은 그 누구도 알 수 없다. 

엔트로피가 허용가능한 임계점을 넘어가게 되면 끝이다.

엔트로피를 반대방향으로 흐르게 할 수는 없으니, 우리는 엔트로피 증가 속도를 최대한 늦추는 노력을 해야만 한다"

 

<제러미 레프킨의 엔트로피 서평 링크를 공유합니다. (제가 직접 쓴)>

 

 

https://blog.naver.com/gonytte2002/222736192169

[책리뷰]엔트로피 _ 열역학의 인문학과 지구의 경고

 

 

 

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앞서 살펴본 것 처럼, 엔트로피를 분석하는 것은 지구 온난화, 생태계 파괴의 원인과 결과를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 

과학과 정치는 이러한 연구결과를 통해 지구 환경보호를 위한 미래 전략을 수립하는 데 힘을 써야만 합니다.

 

저의 경험만 보더라도 20년 전과 10년 전, 그리고 현재의 기후는 분명 체감하기에도 다릅니다.

매년 역대급 자연재해가 발생하고 매년 새로운 바이러스가 수많은 목숨을 앗아가고 있습니다.

 

이럴 때 만큼이라도, 부디 모두에게 좋은 방향으로 정책을 만들거나 해야 할텐데.

아직도 지구 생태계가 마케팅 수단으로만 쓰이고 있는 현실에 갑자기 ㅂㄷㅂㄷ..

 

아무튼..  

 

나만 잘살기 보다 우리 자식 후손들까지 살 수 있는 지구가 유지되었으면 좋겠네요.

 

끝