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엔트로피
제레미 리프킨 지음, 이창희 옮김 / 세종연구원 / 2000년 5월
평점 : 
구판절판
언젠가부터 이야기를 하거나 글을 쓸 때, 꺼내지 않고 사용하지 않고자 다짐한 단어가 ’절대’, ’절대로’라는 표현이다.
그 표현은 시간이 지난 후에 내가 뱉은 말로 인하여 나 스스로를 얽매이게 만들고 ’생각이 모자랐던’ 자신을 욕하거나 학대하는 결과를 낳기도 했다.
(물론, ’사람은 반드시 죽는다’와 같은 사례는 제외...)
그래서 주변 사람들과 이야기할 때에도 가급적 그러한 표현을 쓰지 않도록 당부하곤 한다.
어려서부터 논리가 막히거나 이해력에 한계에 도달할 때, 또는 감정이 상하거나 물러설 수 없다는 생각이 들 때 습관적으로 "난 절대 그럴 수 없어", "절대 그런 일은 있을 수 없어", "절대로 안해"라고 말하곤 했다.
하지만, 나이가 들어감에 따라 세상 일이라는 게, 사람이 살아가는데 있어 ’절대로’ 있을 수 있거나 ’절대로’ 있을 수 없는 일은 없었다.
그럼에도 불구하고, 이 책에서 저자가 전달하고자 하는 내용은 ’절대’와 ’절대로’라는 표현을 사용해서라도 나 스스로에 대해, 그리고 사람들에게 말하고 싶다.
지금과 같은 소비와 성장, 물질과 에너지 사용은 후손들을 위하여 ’절대’ 막아야 한다고..
비록 내가 일상생활에서 치밀하게 그 내용을 실천하거나 내 머리 속에 굳건하게 자리잡고 있지는 못하지만...
이 책은 내 의식과 무의식에 잠재되어 있던 세계관의 많은 부분을 뒤흔들었다.
지구에서 출현하기 시작한 이래 인류 역사가 마냥 긍정적이고 희망적인 방향으로만 발전해 왔다는 세계관은 형이상학적이고 관념적인 세계관에 불과하다.
그 이면에는 인류 역사가 부정적이고 파괴적인 내용을 기하급수적으로 양산해 왔고 지금 그 최고 수준을 향해 달려가고 있다는 세계관도 적용될 수 있고 필요하기도 하다.
우주와 지구상에서 이루어지는 에너지의 흐름, 아름답기만 한 자연과 상품의 이면, 질서와 무질서에 대한 새로운 관점, 돌이킬 수 없는 것들...
그런 세계관은 ’엔트로피’라는 단어 하나로 모두 설명될 수 있다.
엔트로피란 말을 사전에서 찾아보면 "열역학에서 물체가 열을 받아 변화했을 때의 변화량을 가리킨다"고 되어 있다.
아인슈타인은 "엔트로피는 모든 과학의 제 1법칙"이라고 말했으며 이 책의 저자는 "엔트로피는 인류가 발견한 유일한 진리"라고 주장하고 있다.
저자가 말하는 엔트로피란 열역학의 제 2법칙, 즉 "모든 물질과 에너지는 사용이 가능한 것에서 사용이 불가능한 것으로, 혹은 이용이 가능한 것에서 이용이 불가능한 것으로, 또는 질서있는 것에서 무질서한 것으로 변화한다"는 것이다.
특히, 저자는 이 개념을 자연환경 뿐 아니라 인간생활 전체로 확대하여 적용한다.
엔트로피는 모든 경제활동을 지배하는 기본 원리이며, 이 궁극적인 원리를 인식하고 이것에 의해 경제 정책의 새로운 방향을 잡지 못하면 앞으로 세계는 파국을 재촉할 뿐이라고 경고하고 있다.
이 책의 주안점은 엔트로피의 도입에 의한 새 세계관의 확립을 요청하고, 거기서 비롯될 새 사회의 개념을 규정하려는데 있다.
저자는 인류 문명사의 골격은 그 시대마다 에너지 환경이 조성하고 있다는 사실을 지적하고, 지금까지 인간이 믿어 온 세계관은 어떻게 수립되었으며, 어떤 역할을 해 왔는가를 밝히는 동시에 현대의 세계관이 내포하고 있는 치명적인 결함에 대해서도 언급하고 있다.
그 이야기는 결국 인류가 지금처럼 소비와 성장을 위해 자연물질과 에너지를 무한대로 사용할 경우 무질서는 극에 달하고 지구상에는 어떤 에너지도 남아있지 않게 된다는 것이다.
그리고 현재와 같은 속도가 이어질 경우 그 ’마지막 시기’도 급속하게 다가올 것이고...
저자는 현대인의 과제에 대해 이렇게 말한다.
"인간이 살아가는 궁극적인 목적은 모든 물질적인 욕구를 만족시키는 것이 아니라, 우주의 지리와의 합일을 도모하여 여기서 얻는 만족으로부터 비롯되는 인간적인 해방감을 체험하는 것이다"
요컨대, 우리를 자유롭게 해방시켜 주는 진리를 발견하는 것이 제일 중요한 과제라는 이야기이다.
이 책은 현대 사회를 엔트로피 관점에서 과학적으로 종합진단하여 그 처방을 제시하고 있는 점에서 다윈의 진화론 못지 않은 중대한 발언을 이 세기에 던지고 있다고 하겠다.
이 책 전체적으로 저자의 생각에 동의하고 크게 배웠다.
'엔트로피' 관점에서 나와 주변의 사고, 행동, 흐름, 과정들을 바라볼 수 있게 되었고
나 스스로 아주 일상적이고 소소한 측면에서 엔트로피를 줄이기 위한 습관과 노력을 경주하기 시작했다.
다만, 이 책에서 조금 아쉬운 것은
첫째, 저자가 발간한 시점이 1980년이었는데 한국에서 발간된 2000년까지 사이의 기간에 대한 수정,증보,첨삭이 이루어지지 않은 것이다.
둘째, 20세기 후반부터 과학계를 중심으로 조금씩 확대되고 있는 뉴턴식의 '기계론적 세계관의 후퇴'에 대한 언급이 없다.
상대성이론과 양자역학 등을 비롯한 최첨단 과학의 성과에 힘입어 이미 과학계에서 비롯된 사상적,철학적 패러다임이 조금씩 변화하고 있다.
마지막으로 저자는 조금 앞서갔다.
엔트로피 법칙이 ’과학의 지배적인 패러다임의 자리’를 차지하는 것은 2010년에도 약간 무리였던 것 같다.
* 핵심 문장
- 엔트로피란 우주 내 어떤 시스템에 존재하는 유용한 에너지가 무용한 형태로 바뀌는 정도를 재는 척도이다. 엔트로피 법칙에 따르면, 지구상이건 우주건 어디서든 질서를 창조하기 위해서는 더 큰 무질서를 만들어내야만 한다.(p.21)
- 헤시오도스에 의하면, 판도라가 인생의 온갖 악이 들어 있는 상자를 연 순간 황금시대는 갑자기 끝나고 말았다.(p.27)
- 중세 전반에 걸쳐 서유럽을 지배했던 기독교적 역사관은 이 세상에서의 삶을 다음 생을 향해 가는 중간과정으로 생각했다.(p.31)
- 기계론적 세계관은 프랜시스 베이컨, 르네 데카르트, 아이작 뉴턴 등 세사람의 공동작품이다. 300년이 지난 오늘날까지 우리는 이들이 만든 사상의 영향 아래 살고 있다.(p.37)
- 인간은 새로운 삶의 목표를 얻었다. 사후세계에서 구원을 얻는 다는 중세의 목표는 이제 사라지고 지금 살고 있는 세계에서 완벽을 추구하는 목표가 그 자리를 채웠다. 역사는 무질서하고 혼돈된 상태에서 뉴턴의 기계론이 대변하는, 질서있고 완벽하게 예측가능한 상태로의 지속적인 진전으로 정의되었다.(p.43)
- 에너지는 한 상태에서 다른 상태로 옮겨갈 때마다 ’일정액의 벌금을 낸다’. 여기서 벌금은 ’일할 수 있는 유용한 에너지가 손실되는 것’을 말한다. 이것을 가리키는 용어가 바로 엔트로피다.(p.57)
- 우주는 조금씩 쇠락하여 궁극적으로는 엔트로피 극대점 또는 열 죽음 상태에 이른다. 이 상태에서는 모든 유용한 에너지가 소진되고 따라서 어떤 활동도 일어날 수 없다. 열 죽음 상태는 영원한 휴식상태에 해당된다.(p.70)
- 모든 생물은 주변환경으로부터 마이너스 엔트로피를 지속적으로 흡스하여 살아간다. 마이너스 엔트로피야말로 생명체의 양식이다. 생명체는 주변환경의 질서를 파괴하여 자기 몸에 흡스하지 않으면 살아가지 못한다.(p.79)
- 다시 말해 모든 생명체는 평형을 향해 나아간다. 예를 들어 우리 인간은 어떤 생각을 할 때나 손가락 하나를 움직일 때마다 에너지를 소비한다. 이렇게 계속 소비만 하면 결국 평형상태에 도달하는데, 그것은 곧 죽음이다.(p.79)
- 어떤 사람이 1년을 살아가는 데는 300마리의 송어가 필요하다. 그리고 300마리의 송어들은 9만 마리의 개구리가 필요하고 이 개구리들은 2,700만 마리의 메뚜기가 필요하며 이 메뚜기들은 1,000톤의 풀을 뜯어먹는다.!! (p.81)
- 인간 역사와 문화에서 큰 변화는 예외 없이 풍요함의 축적 결과에서 나온 것이 아니라 기존의 원천이 고갈되었기 때문에 일어난다. 이것이 의미하는 바는 역사란 열역학 제2법칙이라는 사실이다. 엔트로피 과정은 항상 극대점을 향해간다. 한 가지 사건이 일어날 때마다 일정량의 에너지는 영원히 무용한 것이 되어버린다. 축적된 엔트로피로 인해 사회가 에너지원 자체에 대한 질적 변화를 꾀하는 때가 이른바 역사의 분수령이라는 시점이다.(p.94)
- 바로 이 전환의 시기에 낡은 방식은 쓸모없게 되는 것이다. 이때 사회의 엔트로피 총량은 너무나 커져서 새로운 에너지원으로 이동이 일어나고 새로운 방식의 기술이 태어나며 새로운 사회, 경제, 정치체제가 형성된다. 엔트로피 법칙은 유용한 에너지의 획득이라는 측면에서 볼 때 이렇게 새로 형성된 환경이 앞선 환경보다 더 열악하다는 사실을 말해준다. 그 이유는 각 단계를 지날 때마다 이 세계가 갖고 있는 유용한 에너지는 점점 줄어들기 때문이다.(p.95)
- 이런 열악한 환경에서는 인간의 육체만으로 늘어난 작업을 감당할 시간이 없기 때문에 인간을 적절한 수준의 생존을 유지하기 위해 더욱 복잡한 기술을 개발해야만 했던 것이다. (p.95)
- 두 날 쟁기, 3포식 농법, 말에 의한 경작 등을 통해 9세기부터 12세기까지 농작물의 잉여분이 생겼고 이에 따라 인구는 꾸준히 증가하여 기존 농경지의 지력이 끊임없이 소진되었고 더 많은 경작지를 얻기 위해 대대적인 벌목이 행해졌다. 결국 나무가 부족하여 서유럽과 북유럽 사람들은 위기에 직면했다.(p.103)
- 생물학자들에 의하면 지나친 전문화는 종의 멸종에 가장 중요한 역할을 한다고 한다. 어떤 종이 특정한 생태계 내에서 지나치게 전문화되면 환경변화에 적응하지 못한다. 즉 전환에 대비할 수 있는 융통성과 다양성을 갖추지 못하는 것이다. 인간사회도 마찬가지다. 오늘날 우리는 지나치게 전문화되고 또 기존의 에너지 환경에 너무 익숙해서 근본적으로 다른 에너지 환경으로 옮겨가는 데 필요한 융통성을 대부분 잃어버렸다.(p.131)
- 미국인구는 세계 총인구의 6%에 불과하지만 전세계 에너지 총소비량의 1/3을 차지한다. 1970녀넹 미국은 석유, 천연가스, 석탄, 원자력 발전소에서 1조7,000만 킬로와트의 전력을 생산했다. 이것은 미국은 제외한 세계 4대 소비국가(소련,일본,서독,영국)의 발전량을 합친 것보다 많다.(p.139)
- 핵융합 발전의 가능성에는 큰 제약이 존재한다. 첫째, 폐쇄된 공간 안에서 핵융합이 지속적으로 진행될 수 있다고 보장할 수 없다. 둘째, 몇 가지 핵융합 기술이 나와 있지만 주로 연구되고 있는 것은 중수소-3중수소 반응이다. 삼중수소는 재생불가능한 자원이기 때문에 에너지원이 무한하지가 않다. 셋째, 핵융합 발전이 ’깨끗하다’고 하지만 이에 필요한 리튬 광산의 광부들은 건강상의 영향을 받을 것이고 핵폐기물도 쏟아낸다. 넷째, 핵융합로 설계와 관련하여 기술적 및 유지보수상의 문제가 있다.(p.154)
- 미국 중류층 한 사람은 과거 200명의 노예가 생산하는 것만큼의 일을 소비하며 살아간다. 보통 사람의 1일 식사는 2,000 칼로리쯤의 에너지를 담고 있다. 그러나 자동차, 전기 등을 쓰고 가공식품을 먹기도 하면서 소비하는 에너지는 20만 칼로리쯤 된다. 인간은 생존을 위해 필요한 칼로리의 100배 정도를 쓰는 셈이다.(p.180)
- 미국의 ’구식’ 농부(소 한마리 + 쟁기)는 자신이 투입한 에너지 1칼로리당 10칼로리의 에너지를 생산한다. 그러나 기계화된 밭의 농부는 자신이 투입한 에너지와 여기에 투입된 모든 에너지(비료,장비,농약,운송,가공등)를 합하면 270칼로리짜리 옥수수 깡통 하나를 만들기 위해 무려 2,790칼로리를 소비한다.(p.183)
- 승용차로 승객 한 사람을 1마일 수송하는데 드는 에너지는 8,100BTU인데 비해 대중교통 수단의 경우 3,800BTU로 떨어진다. 1톤의 화물을 철도로 운송할 경우에는 670BTU, 트럭의 경우 2,800BTU가 필요하다. (p.189)
- 미국 환경청, 국립암연구소, 국립산업안전및건강연구소, 국립환경보건과학연구소의 대표들로 구성된 연방정부 특별팀은 ’우리가 만들어낸 환경은 이제 미국에서 주요 사망원인이 되었는지도 모른다. 암, 폐질환, 심장질환 등이 1900년에는 사망원인의 12%, 1940년에는 38%를 차지했으나 1976년에는 59%로 뛰어올랐다.... 이러한 질병의 발병원인이 환경 탓이라는 증거가 계속 발견되고 있다"라고 발표했다. (p.234)
- 엔트로피 측면에서 보면, 우리는 이제 고도 산업사회에서 우리가 누려온 높은 생활수준과 방대한 에너지 흐름에 대한 대가를, 만연하는 질병과 죽음이라는 형태로 치르고 있는 것이다.(p.234)
- 결국 사회 전체는 둘 중 하나를 선택해야 할 갈림길에 놓인다. 하나는 재생가능한 에너지의 기반을 둔 저에너지 소비사회로 회귀하는 것이고, 나머지 하나는 마구 창궐하는 역병과 함께 죽음을 맞이하는 것이다.(p.237)
- 한 사회의 에너지와 부가 소수에게 너무 집중되어 사회의 다른 구성원들이 생존을 위협받을 정도로 에너지 결핍에 시달리게 되면 그 사회는 붕괴되거나 혁명이 일어난다는 사실을 역사는 증언하고 있다.(p.253)
- 인간 사회의 엔트로피 진행과정을 자연의 엔트로피 진행속도와 비슷하게 맞추려면 우선 에너지 흐름의 절대량을 줄여야 하고 적은 양의 에너지를 사회 구성원 전체에게 좀 더 균등하게 분배해야 한다.(p.253)
- 엔트로피 법칙은 이제 곧 과학의 지배적인 패러다임으로서 뉴턴 역학의 자리를 차지할 것이다. 왜냐하면 오직 엔트로피 법칙만이 변화의 본질과 방향 그리고 변화의 과정에 관련된 모든 것들의 상호연관성을 충분히 설명해줄 수 있기 때문이다.
[ 위키백과사전에서 엔트로피에 대한 정리]
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엔트로피
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다른 뜻에 대해서는 엔트로피 (동음이의) 문서를 참조하십시오.
얼음이 녹으면 엔트로피가 증가한다.
열역학적 엔트로피(entropy)는 열역학적 계의 상태 함수 가운데 하나로 독일의 물리학자 루돌프 클라우지우스가 1850년대 초에 엔트로피의 수학적 개념을 도입했다. 자연계는 엔트로피가 낮은 상태에서 높은 상태인 무질서로 변화한다.
- 고전 열역학적 정의로 엔트로피는 일로 변환할 수 없는 에너지의 양을 나타낸다고 볼 수 있다.
- 통계 열역학적 정의로 엔트로피는 열역학적 계의 통계적인 ‘무질서도’를 나타낸다.
열역학적 정의 [편집]
실제로 외부적인 일을 할 수 있는 에너지를 "유용한 에너지", 존재하지만 외부적인 일을 하는 데에 쓰일 수 없는 에너지를 "사용불가능한 에너지"라고 한다. 계의 총 에너지를 "유용한 에너지"와 "사용불가능한 에너지"의 합으로 정의 할 때, 엔트로피는 전체 에너지에서 차지하는 비율이 주어진 계의 절대온도에 정비례하는 "사용불가능한 에너지"의 일종으로 볼 수 있다. 깁스 자유에너지 또는 헬름홀츠 자유에너지와의 관계식에서 "TS" 로 나타나는것을 생각해보라.
엔트로피는 열량의 함수로써, 주어진 열이 일로 전환될 수 있는 가능성을 나타낸다. 예를 들어 같은 크기의 열량이라도 고온의 계에 더해졌을 때보다 저온의 계에 더해졌을 경우에 계의 엔트로피가 크게 증가한다. 따라서 엔트로피가 최대일 때 열에너지가 일로 전환될 수 있는 가능성은 최소이고, 반대로 엔트로피가 최소일 때 열에너지가 일로 전환될 수 있는 가능성이 최대가 된다.
열역학적 관점에서 엔트로피 S는 직접적으로 정의되지 않으며, 엔트로피의 변화량과 계의 열량 변화의 관계를 나타내는 식으로 표현된다. 온도가 일정하게 유지될 때, 엔트로피의 변화 ΔS는 다음의 식으로 정의된다.
ΔQ는 등온 가역과정에서 계에 가해진 열량이며, T는 과정이 일어나는 동안 계에 일정하게 유지되는 절대온도이다. 계의 온도가 일정하지 않다면, 관계식은 다음의 미분식으로 나타난다.
이 식이 의미하는 바를 이해하기 위하여, 온도 T가 열량 Q에 대한 함수 , 즉 T(Q)로 나타난다고 가정하자. 그렇다면 열량 변화에 따른 총 엔트로피의 변화는 다음과 같다.
A는 열량이 변화하는 범위를 나타낸다.
엔트로피는 계의 자유에너지를 결정짓는 요소중의 하나이다. 온도는 평형상태에 있는 계에서만 정의되는 값이므로, 이와 같은 엔트로피의 열역학적인 정의는 오직 평형상태에 있는 계에서만 성립한다. 반면 통계역학적인 엔트로피의 정의는 모든 계에 적용된다(아래참고). 따라서 엔트로피의 보다 근본적인 정의로는 통계역학적인 정의를 꼽을 수 있다. 엔트로피의 증가는 흔히 분자들의 무질서도의 증가로 정의되어 왔으며, 최근들어 엔트로피는 에너지의 "분산"으로 해석되고 있다.
통계역학적 정의 [편집]
볼츠만은 엔트로피를 다음과 정의하면 열역학적인 엔트로피의 정의와 동등하면서 여러가지 상황에 적용할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 
여기서 kB 는 볼츠만 상수이고, Ω는 계가 가질 수 있는 가능한 (미시적인) 상태의 가지수이다. 폰 노이만은 이러한 정의를 양자역학적인 계에 적용시켜서 폰 노이만 엔트로피를 다음과 같이 정의하였다. 
(ρ는 밀도행렬)
블랙홀에서의 엔트로피 [편집]
블랙홀의 엔트로피는 블랙홀의 표면적에 비례하는 것으로 정의된다. 열역학 제2법칙에 따라서 ’고전적’으로 볼 때에 블랙홀의 표면적은 증가하기만 한다. 하지만 호킹 복사에 따라서 블랙홀의 표면적이 줄어들 수도 있다.
성질 [편집]
STR은 특정 온도 TR에서 시스템의 에너지 중에서 일로 변환할 수 없는 에너지를 나타낸다. 따라서 전체 에너지에서 STR를 뺀 양이 자유 에너지가 된다.
열 엔트로피와 위치 엔트로피 [편집]
엔트로피를 계를 구성하는 성분들의 배열의 관점에서 바라보게 된다면, 위치 엔트로피와 열 엔트로피로 분류할 수 있다. 여기서 열 엔트로피는 분자들 사이에서의 에너지 양자의 분포들에 의한 구별가능한 배열을 기준으로 하여 계산된 엔트로피를 열 엔트로피라라고 부른다.
위와 같이 분류한 엔트로피를 계의 관점에서 본 알짜엔트로피 변화를 나타낼때 이용할 수 있다.
계와 주위가 갖는 엔트로피는 다음과 같이 표현할 수 있다.
ΔSnet = ΔSsystem + ΔSsurrounding
여기서 열 엔트로피는 계와 주위 모두에 존재하지만, 계를 제외한 모든 곳을 지칭하는 주위에서 위치 엔트로피의 변화는 너무 광범위하게 이루어지므로 그 변화를 무시할 수 있고, 주위가 갖는 엔트로피 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것은 온도, 즉 열 엔트로피이다. 이 때문에 주위의 엔트로피 변화를 열 엔트로피 변화라고 할 수 있다. 그리고 이와 같은 관점에서 계에서 열 엔트로피변화는 분명 존재하긴 하지만 위치 엔트로피의 변화가 더욱 계의 엔트로피변화에 큰 영향을 주기 때문에 계의 엔트로피 변화를 위치 엔트로피의 변화라 할 수 있다.
[ 2010년 11월 19일 ]