1
00:00:06,875 --> 00:00:10,453
화학과 물리학에
매우 중요한 개념이 있습니다.

2
00:00:10,453 --> 00:00:15,293
이는 물리과정이 왜 한 쪽으로만
진행하는지를 설명해줍니다.

3
00:00:15,293 --> 00:00:16,849
얼음이 왜 녹는지

4
00:00:16,849 --> 00:00:19,279
커피에 크림이 왜 섞이는지

5
00:00:19,279 --> 00:00:22,529
구멍 난 타이어에서 
왜 공기가 새는지를 말이죠.

6
00:00:22,529 --> 00:00:27,039
이는 바로 엔트로피이고,
이해하기 매우 힘든 개념입니다.

7
00:00:27,039 --> 00:00:31,879
엔트로피를 무질서의 단위로
설명하는 경우도 있습니다.

8
00:00:31,879 --> 00:00:35,739
편리한 설명이긴 하지만
안타깝게도 틀린 말입니다.

9
00:00:35,739 --> 00:00:38,511
예를 들어, 무엇이 더 무질서할까요?

10
00:00:38,511 --> 00:00:43,469
부서진 얼음 조각 한 컵일까요?
상온의 물 한 컵일까요?

11
00:00:43,469 --> 00:00:45,373
대부분 얼음이라고 답하겠지만

12
00:00:45,373 --> 00:00:49,069
실제로는 부서진 얼음의
엔트로피가 더 낮습니다.

13
00:00:49,069 --> 00:00:52,898
그래서 확률로 생각하는
다른 방법이 있습니다.

14
00:00:52,898 --> 00:00:57,290
이해하기 더 어려울 수도 있지만
시간을 들여 공부한다면

15
00:00:57,290 --> 00:01:01,260
엔트로피를 더 잘
이해할 수 있을 것입니다.

16
00:01:01,260 --> 00:01:03,661
각각 6개의 원자 결합으로 이루어진

17
00:01:03,661 --> 00:01:07,541
두 개의 작은 고체 물질을 
생각해보세요.

18
00:01:07,541 --> 00:01:12,781
이 모형에서 고체 물질의 에너지는
결합 속에 저장되어 있습니다.

19
00:01:12,781 --> 00:01:15,292
이 고체들은 나눌 수 없는 
에너지 단위인

20
00:01:15,292 --> 00:01:20,070
양자를 담는 용기라고 
생각하시면 됩니다.

21
00:01:20,070 --> 00:01:24,601
물질에 에너지가 많을수록
더 뜨거워집니다.

22
00:01:24,601 --> 00:01:29,042
두 물질 내에서 에너지가 분배되면서도

23
00:01:29,042 --> 00:01:30,552
각각의 에너지 총량이

24
00:01:30,552 --> 00:01:34,592
똑같을 수 있는 방법은 매우 많습니다.

25
00:01:34,592 --> 00:01:38,502
각각의 선택지를 
미시 상태라고 부릅니다.

26
00:01:38,502 --> 00:01:43,341
양자 에너지가 6개인 고체 A와
양자 에너지가 2개인 B사이에는

27
00:01:43,341 --> 00:01:47,832
9,702개의 미시상태가 있습니다.

28
00:01:47,832 --> 00:01:52,861
물론 이 8개의 양자가 다른 방식으로
존재할 수도 있습니다.

29
00:01:52,861 --> 00:01:57,833
모든 에너지가 고체 A에 있고,
B에는 하나도 없거나

30
00:01:57,833 --> 00:02:00,872
A와 B에 반반씩 있을 수도 있죠.

31
00:02:00,872 --> 00:02:04,154
각각의 미시 상태가 될 확률이
같다고 가정하면

32
00:02:04,154 --> 00:02:06,794
특정한 에너지 구조가 다른 구조보다

33
00:02:06,794 --> 00:02:10,543
존재할 확률이 더 높다는 것을
확인할 수 있습니다.

34
00:02:10,543 --> 00:02:14,184
미시 상태의 수가 더 많기 때문이죠.

35
00:02:14,184 --> 00:02:20,143
엔트로피는 각각의 에너지 구조의
확률을 직접 측정하는 단위입니다.

36
00:02:20,143 --> 00:02:23,193
고체 사이의 에너지가

37
00:02:23,193 --> 00:02:28,933
가장 고르게 분산된 에너지 구조가
가장 높은 엔트로피를 갖는 것을 볼 수 있습니다.

38
00:02:28,933 --> 00:02:30,474
그러니까 일반적으로

39
00:02:30,474 --> 00:02:34,853
엔트로피는 에너지 분포를
측정하는 단위라고 할 수 있습니다.

40
00:02:34,853 --> 00:02:37,893
낮은 엔트로피는 에너지가
집중되어 있다는 걸 의미하고

41
00:02:37,893 --> 00:02:41,623
높은 엔트로피는 에너지가
퍼져있다는 걸 의미합니다.

42
00:02:41,623 --> 00:02:45,765
뜨거운 물체가 식는 것과 같은
자발적 과정을 설명하는 데

43
00:02:45,765 --> 00:02:48,075
엔트로피가 왜 유용한지 이해하려면

44
00:02:48,075 --> 00:02:52,434
에너지가 이동하는
동적 시스템을 봐야 합니다.

45
00:02:52,434 --> 00:02:54,935
현실에서 에너지는 가만히 있지 않고

46
00:02:54,935 --> 00:02:58,065
이웃하는 결합 사이를 계속 움직입니다.

47
00:02:58,065 --> 00:03:00,206
에너지가 움직이면

48
00:03:00,206 --> 00:03:02,955
에너지 구조가 변할 수 있습니다.

49
00:03:02,955 --> 00:03:05,085
미시 상태의 분포 때문에

50
00:03:05,085 --> 00:03:09,836
시스템이 에너지가 
최대한 분산된 구조가 될

51
00:03:09,836 --> 00:03:13,595
확률은 21%이고

52
00:03:13,595 --> 00:03:17,357
시작과 같은 상태로
돌아갈 확률은 13%이며

53
00:03:17,357 --> 00:03:22,857
A가 에너지를 얻을 확률은 8%입니다.

54
00:03:22,857 --> 00:03:26,935
다시 말해 분산된 에너지와 
높은 엔트로피를 갖는 경우의 수가

55
00:03:26,935 --> 00:03:30,026
에너지가 집중되는 경우보다 많기에

56
00:03:30,026 --> 00:03:32,558
에너지는 분산되는 경향을 띱니다.

57
00:03:32,558 --> 00:03:35,509
그렇기에 차가운 물체 옆에
뜨거운 물체를 두면

58
00:03:35,509 --> 00:03:40,420
차가운 물체는 따뜻해지고
뜨거운 물체는 식는 것입니다.

59
00:03:40,420 --> 00:03:41,867
하지만 이 예시에서도

60
00:03:41,867 --> 00:03:47,116
뜨거운 물체가 더 뜨거워질 확률이
8% 존재합니다.

61
00:03:47,116 --> 00:03:51,427
왜 이런 상황은 현실에서 절대
일어나지 않을까요?

62
00:03:51,427 --> 00:03:54,177
이는 시스템의 규모 때문입니다.

63
00:03:54,177 --> 00:03:58,057
우리가 가정했던 고체는
결합을 6개씩만 가지고 있었습니다.

64
00:03:58,057 --> 00:04:03,938
6,000개의 결합과 8,000개의 
에너지 단위로 키워봅시다.

65
00:04:03,938 --> 00:04:07,527
그리고 똑같이 A에 
에너지의 3/4이 있고

66
00:04:07,527 --> 00:04:10,127
B에 에너지의 1/4이 있다고 합시다.

67
00:04:10,127 --> 00:04:14,337
그러면 A가 더 많은 에너지를
얻게 될 확률이

68
00:04:14,337 --> 00:04:17,247
매우 낮다는 걸 알 수 있습니다.

69
00:04:17,247 --> 00:04:22,308
비슷하게, 일상의 물건들은 이보다
훨씬 많은 입자를 가지고 있습니다.

70
00:04:22,308 --> 00:04:25,920
현실에서 뜨거운 물체가
더 뜨거워질 확률은

71
00:04:25,920 --> 00:04:28,011
터무니없이 낮습니다.

72
00:04:28,011 --> 00:04:30,409
절대 일어나지 않습니다.

73
00:04:30,409 --> 00:04:31,528
얼음은 녹고

74
00:04:31,528 --> 00:04:32,918
크림은 섞이고

75
00:04:32,918 --> 00:04:34,676
타이어의 바람은 빠집니다.

76
00:04:34,676 --> 00:04:39,942
이 상태가 본래보다 에너지가 더 많이
분산되기 때문입니다.

77
00:04:39,942 --> 00:04:43,630
신비로운 힘으로 더 높은 엔트로피를
향해 가는 게 아닙니다.

78
00:04:43,630 --> 00:04:48,928
더 높은 엔트로피가 될 확률이 
통계학적으로 더 높은 것뿐입니다.

79
00:04:48,928 --> 00:04:52,480
그래서 엔트로피를
시간의 화살이라고 부릅니다.

80
00:04:52,480 --> 00:04:56,739
에너지는 분산할 기회가 오면
분산할 것입니다.