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안녕하세요, 

최근 일반인을 위해 쉽게 설명된 초끈이론 책('스트링코스모스')을 읽었는데,
M-이론이 그간의 끈이론이 가졌던 모순을 해결하고 가장 최근에 나온 초끈이론이라고 하며,
M-이론에 따르면 막과 막이 충돌하면서 생긴 에너지 파(波)로 빅뱅이 탄생했다고 합니다.

초끈이론이 아직까지 학계에 정설로 받아들여지지 않고, 앞으로도 어떻게 될지 모르는 이론이지만... 
책을 읽다가 문득 궁금한 것이 생겨서 문의드립니다.
궁금한 점은 다음과 같습니다.


물리학의 기본 법칙 중에 하나가 에너지 보존법칙과 엔트로피 증가의 법칙으로 알고 있는데,
이 두이론 모두 에너지의 출입이 없는 세계에서 가능한 것 아닌가요?

즉, 외부와 에너지의 교환이 없는 상태, 에너지 출입이 없는 계(界, system)에서는 에너지는 보존된다는 것이 에너지 보존법칙이고, 무질서도는 증가한다는 것이 엔트로피 증가의 법칙이라고 매우 간단히 알고 있는데요...

질문은...
1. 이러한 상태, 즉 에너지의 유출입이 없는 상태가 우주에서 존재할 수 있나요?
2. 과학적 전제가 아닌 실제의 세계에서 에너지보존법칙과 엔트로피 증가의 법칙이 성립할 수 있나요?

 만약 우리우주가 초끈이론의 가정처럼 다른 우주의 막과 충돌되거나 (아니면, 다른 형태로든) 에너지 교환이 가능하다면 우리우주는 근본적으로 에너지보존과 엔트로피 증가와 같은 물리학의 기본전제가 받아들여지지 않는 세계일 수 있다는 생각이 들었습니다. 

정말 궁금합니다. 저의 궁금함을 꼭 해결해주세요~~ 

  • ?
    신효섭 2010.03.15 07:04
    1. 우주전체로보면, 에너지출입이 없다고 보는게 맞겠지요.
    2. 일상생활에서도 에너지가 거의 보존된다고 가정해도 여러문제가 해결되겠지요. 예를들면, 사과가 아래로 떨어지면 위치에너지가 줄어들고 운동에너지가 증가하고 일부는 열에너지등으로 빠져나가지만, 그 에너지의 합은 일정하겠지요.
  • ?
    고원용 2010.03.15 07:04
    열린계(open system), 닫힌계(closed system), 고립계(isolated system)을 구분하실 필요가 있습니다.

    * 열린계 : 물질과 에너지의 입출입이 있는 계
    * 닫힌계 : 물질의 입출입은 없고 에너지의 입출입이 있는 계
    * 고립계 : 물질과 에너지의 입출입이 없는 계

    엄격한 의미에서 고립계는 우주 전체뿐입니다. 정의에 의해서 우주 바깥에는 아무 것도 없으므로 우주에는 물질과 에너지 출입이 없습니다. 전체 우주는 고립계이므로 전체 우주의 에너지의 보존되지만, 그밖의 계은 모두 에너지 출입이 있고 계 내부의 에너지가 보존되지는 않습니다. 우주 전체에 퍼져있는 우주 배경 복사(cosmic microwave background radiation)의 광자가 미치지 않는 곳은 없습니다.

    열역학 법칙들은 경험 법칙입니다. 이 법칙들을 위반한 예는 지금까지 발견된 적이 없습니다. 내일이라도 위반한 예가 발견되면 이들은 '법칙'의 자리에서 쫓겨날테지만 그것을 의심하는 과학자는 한 명도 없을 것입니다.

    제 1법칙인 '에너지 보존 법칙'은 이해하기 쉽습니다. 하지만 제 2법칙의 엔트로피는 시간, 정보와 관련이 있고 '시간에 왜 방향이 있는지(또는 방향이 있는 것처럼 보이는지)'라는 질문에는 명쾌한 답이 없습니다. 물리학 법칙 자체에는 시공간 연속체에서 시간을 특별히 다르게 취급할 이유가 없는데 우리의 일상 경험, 심리학적 시간은 그렇지 않습니다.

    양자역학과 마찬가지로 실험적으로 확실한 물리 법칙에 일상 경험과 맞지 않는 면이 있습니다.

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