열역학 제2법칙(엔트로피 증가법칙)의 개념

[허접물리학자]

열역학 제2법칙(엔트로피 증가법칙)은 나머지 열역학법칙과
본질이 다릅니다. 엔트로피의 법칙은 "확률의법칙"이라고
말할수 있습니다. 확률은 아무리 작아도 0 이 아닌이상
그사건은 언젠가는 필연히 일어나게 되어 있습니다.
엔트로피의법칙도 마찬가지로 원상태로 회복될 가능성은
필연히 존재하는것입니다. 다만 그확률이 너무작아서
인간의 능력으로는 그확률을 경험하는것이 불가능할뿐입니다.
그확률을 실감하기 위해 가상실험을 한가지 하겠습니다.
호리병안에 왼쪽에 산소분자가3개, 오른쪽에 질소분자가3개
있다고 가정합시다. 가운데 밸브를 열어주면 얼마가지 않아서
두기체는 서로 섞일것입니다. 그리고나서 계속기다리면 어떻게
될까요? 분리현상이 전혀 일어나지 않을까요? 그렇지 않습니다.
시간이 지나면 어느순간에는 다시원래대로 왼쪽과 오른쪽에
산소와 질소분자가 각각3개씩 있는상태로 되돌아 옵니다.
어느순간에 한분자가 호리병의 왼쪽에 있을확률은 1/2 입니다.
그리고, 어느순간에 산소분자가 동시에 왼쪽에 있을확률은
(1/2)^3 = 1/8 입니다. 마찬가지로 질소분자가 오른쪽에 동시에
있을 확률도 1/8 입니다. 따라서 산소,질소분자가 완전히 분리될
확률은 두가지 확률을 곱한값 1/64 이 됩니다. 평균64번중에
1번은 분리된 상태를 볼수 있을 것입니다. 그러나 분리현상의
확률은 분자의 수가 증가하면 점점감소하게 됩니다.
그러나 일상생활로 돌아와서 실제로는 아보가드로수(6.02*10^23)
만큼의 분자를 다루게 되므로, 일상생활에서 이와같은 분리현상을
목격할 확률은 대략 (1/2)^6.02*10^23 정도라는 상상을 초월하는
아주 작은 값이 나오게 됩니다. 이것을 목격한다는 것은 인간의
능력으로는 불가능하죠.
이사실로부터 일상생활에서 한번 섞인 두가지 액체가 다시
본래의 상태로 분리되지 않는것은 완전히,절대로,필연적으로
그런것은 아니고 다만 그렇게될 확률이 매우 작기 때문이라는
것을 알수 있습니다. 따라서 아무리 확률이 작다고 하더라도
0이 아닌이상 원상태로 회복되는 일은 필연히 일어나게 됩니다.
다만 그에 필요한 시간에 비하면 우주의 나이조차도 먼지만큼 작은
시간에 불과하므로, 인간의 관점에서 보면 분명히 법칙이겠죠.
그러나 전지전능한 신이 있다면 그의 입장에서는 상당히 긴시간도
하찮은 시간이어서 굳이 법칙이라고 부르지도 않을지도 모르겠습니다.