맥스웰의 악마 뜻 알아보기 - Mexwell's Demon

 

과학사 4대 악마 중 하나인 맥스웰의 악마 - Mexwell's Demon

과학의 역사 속에는 가설을 시작으로 증명에 이른 여러 이론들이 존재합니다.

가설은 사실 증명되기 전까지는 이론으로 정립되지 않지만, 현실에서는 구성하기 힘든 통제된 환경 하에서의 가정을 통해 특정한 이론을 제시하는데 중요한 역할을 하는 과정으로 볼 수 있습니다. 그리고 이러한 가정들 속에 현실적으로는 실제 존재하기 어렵지만 가성 속에서 살아있는 특정요건을 충족시키는 조건이나 대상이 등장하기도 합니다.

 

과학사에서 가장 잘 알려진 이런 존재 중 하나가 바로 맥스웰의 악마라고 불리는 가상의 존재입니다.

 

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맥스웰의 악마는 열역학 제2법칙에 의문을 제기한다.

멕스웰의 악마가 등장하는 1867년에 제임스 클러크 맥스웰이 고안한 사고 실험에서 입니다.

여기서 등장하는 맥스웰의 악마는 열역학 제2법칙이 절대적이지 않을 수도 있다는 가능성을 제시하는 존재로 여러 논쟁의 대상이 됩니다.

 

맥스웰의 악마를 이해하기 위해서 필수적으로 필요한 전제조건은 바로 열역학 제2법칙입니디다.

열역학 제2법칙은 크게 두 가지로 ① 열의 이동방향은 고온→저온 ② 엔트로피(무질서)는 늘 증가한다. 는 법칙입니다.

 

맥스웰의 악마는 어떻게 등장하는가?

그렇다면 맥스웰의 악마란 구체적으로 무엇일까요? 일단 다음과 같은 가정을 해보겠습니다.

 

① 문으로 연결된 두 개의 방

먼저, 두 개의 방이 존재합니다. 이 두개의 방 사이에는 서로를 연결하는 작은 문이 있으며 이 문을 여닫아 공간을 구분할 수 있습니다. 각각의 방에는 처음에는 같은 온도의 기체 분자들이 존재합니다. 이 분자들은 열 운동으로 인해 무작위로 움직이는 상태이며 각 분자들의 속도는 다를 수 있습니다.

 

② 문을 제어하여 분자를 나눈다.

이 두개의 공간에 있는 기체 분자의 속도를 관찰한 가상의 존재는 속도에 따라 분자를 분리하여 빠르게 움직이는 분자와 느리게 움직이는 분자를 각각 독립된 공간으로 문을 제어해 이동시킵니다. 이 가상의 존재가 바로 맥스웰의 악마입니다.

 

③ 각각의 분자가 완전히 분리되어 나뉜다.

최종적으로 각 공간은 상대적으로 빠르게 움직이는 분자가 모이는 방과 천천히 움직이는 분자가 모이는 방으로 나뉘게 되며, 이 경우 빠르게 움직이는 분자의 공간은 이전보다 온도가 오르지만, 상대적으로 천천히 움직이는 분자들이 모이는 공간의 온도는 이전보다 내려가게 됩니다.

 

이 가정에 의하면, 열 역 악 제2법칙에 의해 자연적으로 증가해야 하는 엔트로피(무질서)는 감소하는 상태로 보이게 되는데 이 변화를 일으킨 것이 가상의 존재인 맥스웰의 악마로 칭해지게 됩니다.

 

자연상태, 즉 가상의 존재인 맥스웰의 악마가 존재하지 않는 현실에서는 온도가 서로 다른 방이 존재하더라도 이 방이 연결되는 경우 두 방의 온도는 같아지며 엔트로피가 증가하는 형태로 변화하게 됩니다. 하지만 이 맥스웰의 악마가 개입하게 됨으로써 마치 이 두 방이 구분되는 것 만으로 엔트로피가 감소하는 것으로 보이기 때문에 이런 의문이 제기된 것입니다.

 

하지만 이건 어디까지나 가상의 존재인 맥스웰의 악마가 존재하는 경우이며, 현실에서는 이런 활동을 하는 존재가 등장하는 경우 이 존재가 해당 활동을 수행하는 과정에서 여전히 에너지가 이용되며 이것으로 엔트로피가 증가하는 결론에 도달하게 되기 때문에 어디까지나 가설에 의해서만 일어나는 현상으로 볼 수 있습니다.

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