과학의 창문

⏳ 시간은 왜 한 방향으로 흐를까? ‘엔트로피의 화살’ 개념우리는 항상 시간은 앞으로 흐른다고 느낍니다. 시계는 돌아가고, 물은 쏟아지면 다시 담기지 않고, 나이는 늘어납니다. 그러나 물리학의 기본 방정식들—뉴턴 역학, 전자기학, 양자역학—은 모두 시간의 방향을 구분하지 않습니다. 이때 시간에 방향성을 부여하는 유일한 법칙이 바로 열역학 제2법칙, 즉 엔트로피 증가의 법칙입니다. 이를 **‘엔트로피의 화살(Arrow of Entropy)’**이라고 부르며, 우리가 느끼는 시간의 흐름은 엔트로피가 증가하는 방향과 일치합니다. 예를 들어, 깨진 유리는 다시 붙지 않고, 향수는 공기 중에 퍼지면 다시 모이지 않으며, 달걀은 깨지면 원상복구되지 않습니다. 이 모든 과정은 엔트로피가 증가하기 때문에 되돌릴 수 없..

🌱 생명은 엔트로피의 반대? 질서를 만들어내는 존재열역학 제2법칙에 따르면, 모든 고립계는 시간이 지날수록 엔트로피가 증가합니다. 즉, 자연은 무질서를 향해 나아간다는 뜻입니다. 그런데 생명체는 오히려 질서를 만들어냅니다. 세포는 복잡한 구조를 유지하고, DNA는 정교하게 정보를 저장하며, 생물은 환경을 조절합니다. 이러한 모습은 마치 엔트로피 법칙을 거스르는 듯 보입니다. 그러나 실제로는 생명도 이 법칙을 위배하지 않습니다. 비밀은 바로, 생명은 고립계가 아니라는 점에 있습니다. 생명체는 끊임없이 에너지를 외부에서 받아들여 내부의 질서를 유지합니다. 예를 들어, 식물은 태양 에너지를 받아 광합성을 통해 질서 있는 유기물을 합성하고, 동물은 먹이를 먹고 운동하며 내부 질서를 유지합니다. 이 과정에서 생..

🌪 엔트로피란 무엇인가? 무질서와 확률의 언어엔트로피는 열역학 제2법칙에서 등장하는 개념으로, 한마디로 말하면 시스템의 무질서도를 의미합니다. 하지만 단순히 혼란스러운 상태를 뜻하는 것이 아니라, 어떤 상태가 일어날 확률을 수학적으로 나타내는 도구입니다. 예를 들어, 얼음이 녹아 물이 되는 과정은 엔트로피가 증가하는 변화입니다. 규칙적인 고체 구조(질서)에서 자유롭게 움직이는 액체 분자 상태(무질서)로 변화하기 때문입니다. 이렇게 **엔트로피는 '시간의 화살'**을 설명하는 개념이기도 합니다. 열역학 제2법칙에 따르면 고립된 계의 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가하며, 이 법칙은 자연의 방향성을 설명합니다. 즉, 모든 자연 현상은 더 큰 무질서로 향한다는 것이죠. 커피가 식고, 향수 냄새가 퍼지고, ..