열역학 제 2법칙

친구가 보내준 재미난 트윗을 봤다.

진지하게 코멘트를 하자면 (일단 열역학 1법칙 아니라 2법칙이고) 실제로 열역학 제 2법칙의 한계를 탐색하는 현대적 연구가 많다. 겉보기에 2법칙을 깨는 것처럼 보이는 시스템들도, 숨겨진 operation까지 올바르게 고려해서 기술하면 알고보니 그렇지 않다는 것. 계산기, 엔진 등 여러 분야에서 이런 게 있고... 그럼에도 그런 시스템들은 그 겉보기인 한에서 효용이 있기도 하며 이들 역시 일축되지 않고 구체적으로 탐구되어야 한다.

그리고 계의 크기가 작아 열요동을 무시할 수 없는 microscopic system의 경우에는 엔트로피 생성량 또한 분포를 가지는 확률변수이고, 잘 정의된 조작에 대해 '단일 시행에서는' 엔트로피가 감소하는것이 가능하다. 다만 여러 시행에 대한 평균값은 반드시 양수이게 된다. 이것을 요동정리(fluctuation theorem)이라고 하며 열역학 제 2법칙의 미시적인 시스템까지에의 일반화라고 할 수 있겠다. 열역학 제2법칙은 평균의 개념이 들어간 통계적인 법칙인 것이다.

다만 이러한 단일 시행에서의 우연적인 음의 엔트로피 생성은 일관적이고 쓸모있게 활용가능한 것이 아니므로, 2법칙이 깨졌다는 식으로는 말하지 않는듯하다.

안 진지한 코멘트도 하자면, 저런 귀신이 존재한다면 결국 머피의 법칙을 실현하는 존재일텐데, 머피의 법칙도 결국은 열역학법칙에 의해 제약되지 않을까? 이것이 열역학 연구자의 믿음이다.

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