[A+레포트]에너지와 엔트로피

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목차

1. 서문-우주의 여왕과 그 어두운 그림자

2. 제1장 보이지 않는 여왕

3. 제2장 3자 동맹

4. 제3장 천의 얼굴을 가진 여왕

5. 제4장 여왕의 무서운 그림자

6. 맺는글- 인류는 포위 상태에 직면하고 있는가?

본문내용

방정식을 세운 것이었다.
제4장 여왕의 무서운 그림자
그림자는 정오에 길어지기 시작한다.
클라우지우스는 다음과 같은 열역학 이론의 두 가지 주요 법칙이 우주의 주요 법칙으로써 정식화될 수 있다고 말했다.
1. 우주의 에너지는 일정하다.
2. 우주의 엔트로피는 증가하는 경향이 있다.
엔트로피, 확률 그리고 우주
1886년에 볼츠만은 이렇게 기술했다. '에너지의 분포는 양적으로 결정된 확률과 관계가 있다. 실제적으로 중요한 경우에 있어 그것이 클라우지우스가 '엔트로피'라고 정의한 값과 일치 하므로, 우리는 그것이 이 용어로 이름지어져야 한다고 생각한다' 자연의 보편적인 에너지 보존 법칙에 비교해 볼 때, 제2법칙은 무질서하게 운동하는 수많은 입자로 구성된 계에서만 적용 가능한 통계적인 법칙이라는 것이 밝혀졌다. 그 법칙은 과정의 믿음직한 방향을 제시할 뿐이었다. 낮은 확률을 가지고 반대 방향으로 진행하는 과정은 요동(搖動, flucations)이라고 일컬어진다. 요동은 그 법칙과 모순되지 않는다. 게다가 요동은 그 법칙에 따라서 진행한다고 볼 수 있다. 그러나 그 법칙은 개별적인 물체와 입자, 행성, 계에는 적용될 수 없다. 왜냐하면 그것들은 그들 고유의 운동 법칙에 의해 지배받기 때문이다.
사랑, 사이버네틱스 그리고 엔트로피
사이버네틱스는 제어와 통신의 과학이다. 그것은 어떤 특정 분야에만 연결되는 것이 아닌, 모든 분야에 동시에 적용 가능한 보편적인 제어이론이다. 이 점에서 사이버네틱스는 열역학과 유사하다. 열기관의 작동과 같이 제어는 닫힌 과정 즉 닫힌 회로에서 수행되는 순환인데, 이 닫힌 회로는 제어하는 단위, 제어받는 단위, 그리고 정보를 운반하는 되먹임(feedback & feedforward) 통신 경로로 구성되어 있다. 제어 명령은 사실 제어받는 단위로부터 요구되는 동작에 대한 정보로, 이것은 명령 정보이다. 단위의 상태와 제어받는 단위로부터 제어하는 단위로 오는 다른 데이터에 관한 정보를 상태 정보라고 한다. 그러므로 제어는 동작을 수행하기 위한 정보의 수집, 처리, 전환 그리고 통신의 과정이다. 이런 기능을 수행하는 어떠한 생물계나 무생물계도 '사이버네틱스 기계(cybernetic machine)'인 것이다. 그런 기계의 초기 상태는 불확실하며 그것의 엔트로피는 최대가 된다. 기계가 작동하자마자 그것은 불확실성을 제거하고 다양성을 감소시키며 계의 활동을 예측 가능하게 만드는 정보를 받아들인다. 그러므로 엔트로피는 감소한다.
내게 음(陰) 엔트로피의 널판을 다오!
고르게 정돈된 현상을 만들어 내는 데는 두 가지 다른 메커니즘이 존재한다. 이것들은 무질서로부터 질서를 창조하는 통계적 메커니즘과 낮은 수준의 질서로부터 질서를 창조하는 또 다른 메커니즘이다. 에너지 보존의 법칙은 이들 메커니즘을 설명하는 데 아무런 기여도 할 수 없다. 명백하게 그것들은 제2법칙에 근거해서 설명되어야 한다. 우리는 포유류가 정돈된 유기 화합물을 먹고 산다는 것을 안다. 그래서 인간은 고기, 감자, 애플파이 등을 먹는다. 동물이 이들 음식물에 있는 질서정연함을 소모한 후 그것을 분해해서 무질서해진 형태로 주위 환경에 돌려주면 그것들은 식물에 의해 동화될 것이다. 식물은 분해된 물질을 태양광을 받아 엽록소에서 질서정연하게 하는데, 이 태양광으로부터 음 엔트로피를 산출해 낸다. 이것이 광합성이며, 그 순환은 반복적이다. 이것은 유리된 태양 에너지의 소비에 기인해서 엔트로피가 감소하는 지구상에서 유일한 자연적, 자발적 과정이다.
시간과 공간에서의 우주의 여왕과 그 어두운 그림자
물체의 알려진 모든 특성 가운데 닫힌 계에서 증가하는 엔트로피는 시간의 흐름에 따라 분명하게 변화하는 유일한 것이다. 이 사실은 가끔 과거에서 미래로 시간이 비가역적으로 변화하는 데 대한 이유로 해석된다. 그러나 우리는 엔트로피가 물질의 유일한 성질이며 시간은 모든 구조적 수준에서 자신을 드러내는 보편적인 속성인 것을 잊어서는 안된다. 게다가 엔트로피의 감소를 수반하는 과정은 살아 있는 유기체와 같은 열린 계와 미시계에서 일어날 수도 있다. 그러나 이 경우 또한 시간은 과거에서 미래로 비가역적으로 흐른다. 시간의 흐름에 따라 열적 평형과 최대 엔트로피가 이뤄지는 열적으로 닫힌 계에서조차도 원자, 분자 그리고 다른 입자간의 상호 작용뿐만 아니라 전자기장이나 중력장 또는 중성미자를 거치는 다른 물체와의 간접적인 상호 작용이 중지하지는 않는다. 이들 모든 과정은 시간을 초월해 일어난다. 그러므로 엔트로피의 증가가 시간의 비가역성의 원인이 될 수는 없는 것이다. 사실 모든 계에서 인과 관계의 비가역성, 즉 시간의 비가역성은 비대칭성(불균형)에 의해 야기된다. 그러나 대체로 우주의 일반적인 발전은 비가역적이지만 단일한 방향은 아닌 순환적, 비가역적인 변화의 조합이다. 물질은 우주와 같은 무한한 물질계에서 다양한 방향으로 모든 한계를 넘어서 변화할 수 있다. 결론적으로 시간의 흐름과 우주의 진화는 결코 멈출 수 없는 것이다.
엔트로피 그리고 산업
에너지와 엔트로피는 과학, 기술, 생산의 발전이 이뤄지는 동안 탄생했다. 에너지와 엔트로피는 과학 기술 혁명에 고루 영향을 끼치고 과학 중의 여왕인 열역학을 탄생시켰을 뿐만 아니라, 열역학을 이용해 추론과 과학적 연구에서 새롭게 보편화된 방법의 기초인 계의 일반이론을 구축하기도 했다.
맺는글- 인류는 포위 상태에 직면하고 있는가?
물질계는 우리가 현재 알고 있는 우주의 일부에서 진화해 왔다. 발전은 정돈된 상태에서 덜 정돈된 상태로, 이질성으로부터 동질성으로, 집중된 에너지로부터 질적으로 저하된 에너지로, 저 엔트로피로부터 고 엔트로피로 진행한다. 그러나 우리가 현실을 감안한다면 아득한 과거에 역전이 일어났어야 했다. 만약 그렇지 않았다면 물질 자원과 동력 자원은 지구 또는 태양계에 축적되지 않았을 것이다. 그렇다면 이런 과정이 자연적으로 다시 진행될 때가 온다는 것이 가능한가? 지구에 생기를 불어넣어 주는 자연적인 광합성이 이뤄지는 동안, 비록 느리게나마 지금도 에너지는 집중되고 엔트로피는 감소한다. 이제 인공적인 광합성이 과학의 주요 대상이 될 것이다.

키워드

에너지와 엔트로피,   에너지,   엔트로피,   입자의 운동,   우주