Maxwell's Demon. 제임스 클럭 맥스웰이라고 하는 19세기 영국 물리학자가 생각해 낸 열역학 제2법칙(SecondLawOfThermodynamics)을 깨뜨릴 수 있는 가상적인 존재. 한국에서는 보통 "맥스웰의 도깨비"라고 번역한다.
열역학 제2법칙은 쉽게 말해서 뜨거운 공기를 담은 상자 A와 차가운 공기를 담은 상자 B를 연결하면 서로 온도가 비슷해진다(열평형 상태)는 것인데, 이 도깨비는 두 상자의 가운데 연결통로에 있으면서 한 가지 기준을 가지고 특정 분자를 지나가게 하거나 못 지나가게 한다. 그 기준이란,
- A에서 B로 지나가려는 공기분자 중에서는 느린(차가운) 분자만 통과시킨다.
- B에서 A로 지나가려는 공기분자 중에서는 빠른(뜨거운) 분자만 통과시킨다.
보다 과학적으로,
운동에너지의 손실까지 감수할 수 있을만큼 뜨거운 분자들이 "우연히" 끼리끼리 모이게 된다면 마치 엔트로피가 국소적으로나마 역전된 것처럼 보인다. 그 가능성이 아주 없다고는 말할 수 없다. 그렇다면, 열역학 제2법칙은 틀린 것인가? 천재성의비밀이라는 책에서는 맥스웰의악마를 소개하면서 열역학 제2법칙도 결국은 통계적인 현상이라는 주장을 편다. 어쩌다 분자 하나가 새서 엔트로피가 순간적으로 역전될 수는 있다. 다만 그렇게 되지 않을 확률이 더 높고 결국 거시적으로 보면 엔트로피는 커지는 방향으로 간다는 것이다. 그렇다면, 이 드넓은 세상에서, 긴긴 우주의 시간 중에, 가끔가다 한 번씩, 한 5분 쯤, 기가 막힌 우연으로 엔트로피가 역전하는 일이 벌어질 수도 있지 않을까? 말하자면, 차가운 물이 얼어붙으면서, 물속의 수초들에 불이 붙거나, 죽은 사람이 되살아나는 현상이, 아주 가끔 한 번쯤은 일어날 수도 있지 않겠는가?
토론 ¶
여기에 대해서 곰곰히 생각해본 끝에, "열역학적 시간"을 언급하는 것이 좋지 않겠는가 하는 생각을 하게 되었습니다. 순간적으로 엔트로피가 역전될 수 있겠지만, 그런 현상이 발생한다면, 그것은 시간이 사실상 정지되어 있는 상황입니다. 엔트로피가 증가하고 있을 때만, "시간이 흐르고 있다"고 말할 수 있는 것입니다. 그것이 모순이 없는 시간의 새로운 정의라고 할 수 있겠습니다. 결국 맥스웰의 악마는, 절대적 시간을 마음속에서 괜히 상정하는, 우리의 편견에서 온, 혼동이라는 것이, 제 수준의 좋은 결론일 듯 합니다. 아래의 논의는 정리될 필요가 있다고 봅니다. 또한, 생명체의 자연적인 탄생과 발전이 엔트로피의 역전이 아니냐는 측면에서, 진화창조토론과 연관되는 논의를 이 페이지에서 하는 것도 "위험한 재미"가 있을 듯합니다. -- gerecter
see also ![[http]](/ns/imgs/http.png)
http://chaos.inje.ac.kr/Alife/maxwell_demon.htm정보와 엔트로피의 필연적 관계를 설명하면서 패러독스가 사실은 패러독스가 아니라는 것이 이 글의 결론인데, 결론에 도달하면서 엄밀한 증명이나 제대로 된 설명이 이루어지지 않은 것으로 보입니다. 위의 글로는 왜 패러독스가 아닌지 도저히 이해할 수 없네요. --Aragorn
A에서 B로 지나가려는 공기분자 중에서는 느린(차가운) 분자만 통과시킨다. - 이 부분이 문제인 것이죠. 어떤 분자가 뜨거운 것인지 차가운 것인지 알아내는 과정 그자체에서도 엔트로피는 증가하기 때문에 설령 맥스웰의 악마가 존재해도 전체엔트로피는 증가합니다. -- 아무개
굳이 정보까지 생각 안해도 힘들죠. 어떤 분자는 "막고" 어떤 분자는 "막지 않는", 적어도 둘 중의 하나는 힘을 들여서 해주어야 하는 '일'입니다. 에너지를 소모해버리는 것이죠. 에너지를 소모하면서라면, 국소적으로 엔트로피를 감소시키는 일은 얼마든지 할 수 있습니다. 다만, 다른 곳에서 에너지를 소모하느라 더 큰 엔트로피를 증가시킬 뿐입니다.
자, 그럼 다음과 같은 재미난 생각을 해 봅시다. 어떤 "악마의 분자"가 있어서, 뜨거우면 뜨거울 수록 커진다고 생각해봅시다. 그러면 아주 촘촘한 체 같은 것을 걸쳐 놓으면, 차가운 분자는 아래로 빠지고, 뜨거운 분자는 위에 걸쳐질 테니 걸러낼 수 있겠죠? 이 때는 엔트로피가 감소할까요? 역시 그렇지 않습니다. 체에 "걸치거나" 체를 "뚫고 나가거나" 둘 중 하나는 역시 일입니다. 즉 너무 뜨거운 분자는 체를 가볍게 통과하지 않고 체 위에 걸쳐지면서 자신의 운동을 제지 당하고 느려지면서, 적당히 차가워 질겁니다.
극적으로 아주 예술적인 체를 만들면 어떨까요? 체가 엄청나게 세심하게 만들어져 있어서 결코 체를 걸치거나, 뚫고 나가는 게 영향을 미치지 않도록 말이죠. 이런 체가 존재할 때를 우리는 절대 0도 이하의 상황이라고 합니다. 반대로 말하면, 분자들이 모두 전혀 움직이지 않고 있다면 가능한 셈이죠. 이럴 때는 모든 분자들의 속도가 0인 고로, 특별히 골라 낼 것이 없습니다.
공부가 짧아 설명이 엉성한 곳이 많은데, 엔트로피의 여러가지 얼핏 신비해 보이는 일들은 제가 느끼기에는 속도는 가장 큰 속도도 가장 작은 속도도 있을 수 없지만, (속도는 반대 방향으로 진행할 때를 - 값으로 잡으므로), 속력 즉 속도의 절대값은 가장 큰 속력은 없을 지언정, 가만히 있는 것보다 더 느린 속력으로 움직일 수는 없다는 데 있다고 봅니다. -- gerecter
.png ";)")
--PuzzletChung
극적으로 아주 예술적인 체를 만들면 어떨까요? 체가 엄청나게 세심하게 만들어져 있어서 결코 체를 걸치거나, 뚫고 나가는 게 영향을 미치지 않도록 말이죠. 이런 체가 존재할 때를 우리는 절대 0도 이하의 상황이라고 합니다. 반대로 말하면, 분자들이 모두 전혀 움직이지 않고 있다면 가능한 셈이죠. 이럴 때는 모든 분자들의 속도가 0인 고로, 특별히 골라 낼 것이 없습니다.
공부가 짧아 설명이 엉성한 곳이 많은데, 엔트로피의 여러가지 얼핏 신비해 보이는 일들은 제가 느끼기에는 속도는 가장 큰 속도도 가장 작은 속도도 있을 수 없지만, (속도는 반대 방향으로 진행할 때를 - 값으로 잡으므로), 속력 즉 속도의 절대값은 가장 큰 속력은 없을 지언정, 가만히 있는 것보다 더 느린 속력으로 움직일 수는 없다는 데 있다고 봅니다. -- gerecter
일을 해주면 엔트로피가 증가하는 것이야 당연하지요. 그런데 이 일을 하는 놈이 그냥 맥스웰의 일꾼이나 마당쇠가 아니고 왜 하필 맥스웰의 악마라고 불렸을까요?
바로 통과시키는 것 자체는 일을 안 해준다고 가정했기 때문입니다. 원래는 문을 열고 닫는다고 한 것으로 알고 있는데, 일을 하지 않고 문을 여닫아서 (최소한 그 일을 해서 발생하는 엔트로피 증가가 분자를 통과시겨서 얻는 엔트로피 감소보다 작아서) 악마라고 불린 것이지요. 정확하고 엄밀한 실험적 증명이 없는 바에야 온도가 높은 분자를 통과시키고 낮은 분자는 막는 데 들어가는 일에서 발생하는 엔트로피가 그로인해 얻어지는 엔트로피 감소보다 반드시 크다고 장담할 수 없었기에 열역학 초기에 논쟁이 된 것으로 알고 있습니다.
그런 가정이 없었다면, 열역학 연구하는 학자들에게는 농담 거리도 안되었겠지요.
저는 역시 정보 습득 쪽이 올바른 설명이라고 생각하고 싶군요. 제가 생각하지 못한 점 있으면 날카로운 지적바랍니다. - djshuin
논지가 겉도는 것 같습니다. 굳이 악마라는 존재를 개입시키지 않더라도, 운동에너지의 손실까지 감수할 수 있을만큼 뜨거운 분자들이 "우연히" 끼리끼리 모이게 된다면 마치 엔트로피가 국소적으로나마 역전된 것처럼 보일 수 있습니다. 그 가능성이 아주 없다고는 말할 수 없습니다. 다만 그 가능성을 신화화하기 위해서 맥스웰이 그것을 악마가 문을 여닫는 행동에 비유한 것입니다. 맥스웰의악마가 분자가 뜨거운지 차가운지 인식하는 데에 드는 에너지까지 논제로 끌고들어오기에는 무리가 있어 보입니다. 그러니까 꼭 맥스웰의악마가 어디에선가 살고 있는 것 같네요. 문을 여닫는 데에도 에너지가 들지 않는다는데, 분자의 온도쯤이야 에너지 한푼 안 들고 알아낼 수 있는지 누가 압니까. 그러니 그냥 전지전능한 존재라고 해둡시다. 바로 통과시키는 것 자체는 일을 안 해준다고 가정했기 때문입니다. 원래는 문을 열고 닫는다고 한 것으로 알고 있는데, 일을 하지 않고 문을 여닫아서 (최소한 그 일을 해서 발생하는 엔트로피 증가가 분자를 통과시겨서 얻는 엔트로피 감소보다 작아서) 악마라고 불린 것이지요. 정확하고 엄밀한 실험적 증명이 없는 바에야 온도가 높은 분자를 통과시키고 낮은 분자는 막는 데 들어가는 일에서 발생하는 엔트로피가 그로인해 얻어지는 엔트로피 감소보다 반드시 크다고 장담할 수 없었기에 열역학 초기에 논쟁이 된 것으로 알고 있습니다.
그런 가정이 없었다면, 열역학 연구하는 학자들에게는 농담 거리도 안되었겠지요.
저는 역시 정보 습득 쪽이 올바른 설명이라고 생각하고 싶군요. 제가 생각하지 못한 점 있으면 날카로운 지적바랍니다. - djshuin
--PuzzletChung
--사회 속의 맥스웰의악마 ¶
부유한 사람은 더욱 부유해지고, 가난한 사람은 더욱 가난해진다
그러므로 맥스웰의악마는 실존한다. -_-;;
SF소설책에서 봤어용~ 카카. 대충 이런 이야기였습니다.
미래의 어느 학교에서 물리(?) 시험을 치는데 핸드헬드 수퍼컴이 필수적이다(공학용 계산기처럼). 매년마다 새로운 기종이 나와서 보다 나은 연산을 가능하게 한다. 물론 새 기종은 훨씬 비싸다. 가난한 주인공은 구식 컴으로 시험을 칠 수 밖에 없어서, 결국 연산능력의 부족으로 시험을 망친다. 끝내고 나오면서 친구랑 하는 이야기가 "너 맥스웰의악마 아냐? 아무래도 우리를 보면 맥스웰의악마는 실존하는가봐.. 돈많은 애들은 비싼 컴을 사서 시험에 합격해서 다시 돈을 벌고, 시험에 붙고, 가난한 사람은 컴을 못사서 시험에 떨어지고 결국 가난해지고.."
.png ":)")
레이옷
하핫, 이거 제가 잘 아는 형이 쓴 단편이었는데, 이런 곳에서 또 보게 되는군요.. 
-- JikhanJung
히히.. -- JikhanJung앗.. 듀나가 쓴 소설에도 비슷한 내용이 있지 않았나요? 다만 핸드헬드가 아니라 외과수술로 뇌에 삽입하는 장치였던 것 같고, 시험 치는 학생의 입장이 아니라, 위와 같은 조건 속에서 평등을 실현하기 위한 교육정책 담당자의 고뇌를 아주 짧게 그린...(-_-) nohmad
레이옷생물은 맥스웰의악마 인가? ¶
지구는 원래, 메탄 가스가 가득하고, 수증기와 황화 물질 가스등등이 암석 위를 떡이 되어 뒤덮고 있는, 태양에서 세 번째로 멀리 떨어진 돌덩이일 뿐이었다. 이러한 무질서한 상황에서 어떻게, 수백만의 생명체들이 탄생했으며, 심지어 지능을 가진 생명체가 나타나, 질서로 넘치는 건축물과 도시들을 만들고, 심지어 지구 궤도를 도는 인공위성도 만들어 올렸다. 심지어 이 글을 쓰는 gerecter와 글을 읽고 있는 당신까지, 그 원시지구에서 세월이 흐른 후, 어느날 저절로 생겨버린 것이다.
좀 과장하면, 이것은 뭉게뭉게 구름이 움직이다가,결국 어느 한 구석, 구름의 모양이 3 이라는 숫자와 비슷하게 생기고, 그 옆에 있는 구름의 모양은 . 14159216 과 비슷하게 생긴다는 듯한 말이다.