열역학의 역사

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로 지금의 상태에서 엔트로피가 얼마 줄었다, 늘었다고 말할 수 있을 뿐이다. 기본적으로 불가역이라는 용어는 단지 시스템 내의 입자 하나하나의 운동에 관한 모든 세부 사항을 추적하거나 조정할 수 없다는 사실을 뜻한다. 이러한 손댈 수 없는 움직임을 열(haet)이라고 부른다.열이 뜨거운 물체에서 다른 물체로 흐를 때마다 어떤 계의 전체 엔트로피는 항상 증가한다. 충돌이나 마찰과정에서처럼 역학적 에너지가 내부(열) 에너지로 변할 때에도 엔트로피는 증가한다. 엔트로피는 흡수한 열이 크면 클수록 커진다.
10. 볼츠만의 등장
1878년, 볼츠만은 엔트로피에 대한 더 일반적인 정의를 내놓았다. 그의 정의에 따르면 엔트로피는 분자 배열의 확률에 따라 좌우된다. 예를 들어 어떤 상태에서 분자들이 배열될 수 있는 방법이 아주 많다면, 그 상태는 엔트로피가 아주 크다고 말할 수 있다. 볼츠만은 열역학 제2법칙과 이 법칙이 예측하는 엔트로피의 자발적 증가는 개체의 동력학적인 궤적만으로는 설명할 수 없기 때문에 입자의 대규모 집단에서 시작해야 한다고 주장했다. 엔트로피의 증가는 입자들 사이의 수많은 충돌에서 발생하는 전체적인 〈경향〉이라는 것이다. 입자가 충돌할 때마다 입자의 속도가 바뀐다는 사실을 고려한 것이다. 따라서 많은 입자로 구성된 집단의 속도 분포는 입자들 사이의 충돌에 의해서 평형에 도달하게 되는데 그것을 통계낸 것이 맥스웰-볼츠만 분포 Maxwell-Boltzmann distribution 다. 이 분포도에서 평형으로 접근하는 동안에 볼츠만의 함수는 감소하고, 평형상태, 즉 최소값을 갖게 되면, 충돌이 있더라도 속도의 분포가 더 이상 변화하지 않는다.
1870년대에 와서 볼츠만은 볼츠만은 이런 생각으로 우리 태양계를 이루는 원자들의 구조조차도 언젠가는 무질서한 상태로 흩어질 것이라고 예견한다. 볼츠만은 시계를 이루는 부품들의 운동은 항상 뉴턴의 법칙을 따르지만, 수천억조의 원자나 분자가 서로 부딪히고 작용하는 복잡체에서 모두 질서 있는 관계를 유지할 수 있다는 것은 의심스럽다고 주장한다. 거시적인 구조를 볼 때 원자나 분자들이 큰 그룹을 이루어 질서 정연하게 있을 수 없을 것이며, 이 속에 질서 관계가 나타나더라도 이것이 곧 사라질 것이라고 했다. 그리고 엔트로피의 증가로 질서가 사라진 혼돈은 고대 전설의 무형의 없음과는 다른 것으로 형상이나 조직이 그 수명을 다하거나 그 에너지가 소진된 상황이라는 것이다.

키워드

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