엔트로피가 왜 증가하는 방향으로만 흘러가는가?
안녕하세요!!
자연과학시간에 배우기를 이 우주가 엔트로피가 증가하는 방향으로만 흘러간다고 하는데요..
이게 왜 그런것인지 궁금하고, 자연적인 상태에서반대로 흐르는 것(엔트로피가 감소하는 방향)은 불가능한 것인가요??
답변 부탁드립니다. 감사합니다~~
안녕하세요. 강준우 전문가입니다.
엔트로피가 증가하는 방향으로만 흘러가는 이유는 그쪽이 확률이 크기 때문입니다.
차가운 물체와 뜨거운 물체가 있다고 가정하겠습니다.
차가운 물체는 전체 에너지를 2개 가지고 있고, 뜨거운 물체는 전체 에너지를 8개 가지고 있다고 합시다.
두 물체가 붙게 된다면 전체 에너지는 10개이고, 각각의 물체를 에너지가 자유롭게 오고갈 수 있습니다.
차가운 물체에서 뜨거운 물체로도 넘어갈 수 있고, 뜨거운 물체에서 차가운 물체로도 에너지가 넘어갈 수 있습니다.
이때 전체 에너지 10개가 뜨거운 물체에 있을 경우의 수를 생각해 보겠습니다.
계산의 편의를 위해서 각 물체는 입자를 10개 가지고 있고, 입자 하나당 에너지를 하나 가질 수 있다고 가정하겠습니다.
뜨거운 물체가 가진 입자 10개에 에너지를 10개 가질 수 있는 경우의 수는 10C10으로 1개입니다.
뜨거운 물체가 9개, 차가운 물체가 1개 가지고 있는 경우의 수는 10C9 X 10C1로, 100개입니다.
이런 방식으로 모두 계산하면 다음과 같습니다.
10:0 = 1
9:1 = 100
8:2 = 2025
7:3 = 14400
6:4 = 44100
5:5 = 63504
4:6 = 44100
3:7 = 14400
2:8 = 2025
1:9 = 100
0:10 = 1
위의 계산 결과를 확인하면, 각각의 물체가 에너지를 5:5로 가질때의 경우의 수가 가장 큽니다.
물체의 입자가 10개밖에 되지 않아 뜨거운 물체가 더 뜨거워치고 차가운 물체가 더 차가워지는 현상이 가능하다고 생각될 수 있으나, 현실세계의 물체가 가지는 입자는 수천조개에 달하기 때문에 실제로 경우의 수를 계산해보면 결국은 에너지를 균등하게 나눠갖게 됩니다.
이 확률의 차이가 엔트로피의 본질입니다.
이것이 엔트로피가 시간 의존성을 갖게된 이유중에 하나입니다. 엔트로피가 증가하는 방향은 우주가 확률이 커지는 방향이기 때문에 그것을 시간이라고 인지하게 되는 것입니다.