열역학 제1법칙은 모순 아닌가요?

우선 님의 질문을 제가 이해한 범주로 정리하였습니다.

 

제1법칙이 법칙으로 존재하려면 모든 조건에서 성립하여야 한다. 그런데 빅뱅과 같은 우주의 초기 상태에서는 에너지라는 개념이 없는데 어떻게 보존칙이 성립되는가?

 

이것인가요?

 

만약 이렇다면..대답은 아무도 모른다가 되겠네요.

아직도 물리학자들은 우주의 탄생에 대해 왜, 무엇때문에 탄생하여야 하였는가를 대답못하고 있습니다.

 

그럴듯한 가정이 빅뱅인데...이건 말 그대로..무언가 갑자기 생성된것을 말하는 것을 의미하지만..왜 빅뱅이 어떻게 발생했는가는 대답을 못하고 있습니다.(저도 교양과학수준의 대답밖에는 못하겠네요. 이 분야는 우주론에 관련된 것이니.)

 

1법칙을 찬찬히 뜯어 보면...system이라는 것이 가정되어야 합니다. 즉 어떤 계가 존재할때만이 1법칙은 사용할 수 있고 성립합니다. 이 계라는 것은 물질이 있는 어떤 상태로서 우리가 그 물질이 열역학적으로 어떻게 존재하고 있다를 말할 수 있는 것을 의미합니다.

 

좀 더 철학적으로 표현하면 어떤 물질이 존재할때 그 물질은 항상 어떤 에너지 상태를 가지고 있다. 이 에너지는 항상 그 자신의 고유의 에너지값으로 환원되고 그 값은 보존된다.  따라서 에너지를 정의할 수 없는 곳에서는 1법칙은 정의할 수 없으며 1법칙이 정의되지 못하기 때문에 그 곳에서의 상태가 어떤지 알기 어렵습니다. 빅뱅이라는 것을 시간 스케일로 살펴보면 4가지 힘들이 차례로 갈라져 나오게 되는데 이처럼 빅뱅이라는 사건 이후에나 우리는 그 사건의 방향성을 설정할 수 있기 때문에 시간이라는 개념도 빅뱅전 또는 빅뱅 시점에서는 정의되지 못합니다. (양자역학적으로 시간은 에너지와 동일한 개념입니다.) 따라서 에너지라는 개념 자체를 취급하지 못하는 특이점인 것입니다.

 

따라서 님이 말한 첫번째 질문은 1법칙이 위배되는 것이 아니라..1법칙을 적용할 수 없는 것에 적용한 사례입니다.  수학적으로는 특이점 상태인 것이지요.. 최근에 우주의 구조에 관한 브라이언 그린의 책이 나온 것으로 알 고 있습니다. 저도 안읽어보았지만 님의 질문에 대답을 해줄 책이지 않을까 제목만으로 유추해봅니다.

 

여하튼 1법칙은 system과 surroud가 구별되고 정의될 경우만 적용할 수 있는 법칙임을 상기하시기 바랍니다.

아직 고등학교 물리에서는 이렇게 엄격한 구분을 하지 않는 것으로 알지만...위의 법칙은 이처럼 명확한 가정에 기반을 두고 있습니다.

 

이런 가정하에서 대부분의 우리가 생활하는 현상계의 모든것이 system으로 정의할 수 있기 때문에 그리고 관측가능한 대부분의 실험에서 위의 법칙이 참으로 평가되었기에..법칙으로 인정하고 있습니다.

참고로 과학은 귀납법적인 사고로서 세워진 학문이기 때문에 이에 위반되는 반례가 있으면 언제든 위의 법칙은 뒤집어질 수 있겠지요. 마치 뉴턴의 법칙이 빛의 속도나 강한 중력에서 성립되지 못하는 것처럼 말입니다. 그렇더라도 우리는 뉴튼의 가설이라고 하지 않고 뉴튼의 법칙이라고 말하고 있습니다. 단 그 법칙이 성립되는 가정하에서 말이죠.

 

이런 개념으로 1법칙을 다시 보시기 바랍니다. 열역학 1법칙은 매우 어렵고도 중요한 개념을 많이 가지고 있습니다. 대학과정과 대학원 가정에 들어오시면 이러한 1법칙에서의 보존칙의 철학적의미와 개념을 많이 배우실 수 있을 것입니다.

 

자유로운 사고와 함께 참다운 비판으로 훌륭한 과학자가 되시길...

그렇죠

 

하지만 빅뱅이론은  그냥 이론일뿐.

 

빅뱅이론이 사실이라면 그렇게 되겟지만

 

현재 기술로서는 도저히 빅뱅이 사실인가 아닌가를 알 수없으므로 아직까진 이론이 성립한다고 보는것입니다.

윗 분 답변처럼 빅뱅은 이론일 뿐입니다. 사실여부를 판단할 방법이 없습니다. 다만 이론이 인정되는 이유는

 

아직까지 그 이론이 그럴싸(?) 하기 때문입니다.

 

예를 들어 봅시다.

 

물리에서 가장 많이 쓰이고 있는 공식이 뉴턴의 가속도의 법칙 입니다.

 

물체의 자유낙하나 움직임은 가속도의 법칙으로 대부분 설명이 가능 합니다.

 

하지만 물체가 빛의 속도 이상(특수한 상황)으로 가속된다고 가정하고 계산하면 공식이 맞지 않습니다.

 

그래서 등장한 것이 상대성 이론입니다.

 

그럼 뉴턴의 가속도 법칙이 100% 정확한 법칙은 아니라는 말인데, 이것이 소용없는 것은 아니죠.

 

우리 일상 물리현상을 해석하는게 아주 많이 사용하는 법칙 중 하나 입니다.

 

우리는 어떠한 문제를 해결하기 위해 이론을 세워 둡니다. 일종의 완벽하지 않은 공식이죠.

 

어떠한 공식이나 이론이 완벽한지 그렇지 아닌지는 모르지만 오류를 찾아내기 전 까지는 그 것을 정설로

 

인정하는 것입니다. 공학에서는 이것을 Axiomatic 이라는 용어를 씁니다.

 

우리가 해당 학문을 배우는 이유는 실생활에 활용함 입니다. 실생활에 활용하기에는 아직 열역학 제1법칙을

 

적용해도 큰 문제가 없고, 곧 이것이 Axiomatic으로 인정되었기 때문입니다. 열역학 제 1법칙은 님의 생각처럼

 

잘못된 법칙일 수도 있고 아닐수도 있습니다. 정확히 알 방법이 없다는 것이죠. 다만 아직까지는 우리가

 

원하는 범위 안에서는 틀리지 않았다는 것입니다. 열역학 법칙 뿐만 아니라 어떠한 이론을 검증하는 것은

 

참으로 어려운 것입니다.

 

 

복잡하게 써 놨는데, 짧게 정리하자면 열역학 제 1법칙은 확실한 법칙인지 잘못된 것인지 알 방법은 없으나,

 

아직까지는 현생활에 적용해서 도출된 결과에 문제가 없기 때문에 아직까지는!!!! 정설로 받아들여지고 있는

 

것입니다.

 

열역학 제 1법칙보다 더 정확하고 확실한 결과를 도출해 낼 수 있는 이론이 생기고 그것이 인정받는 다면

 

그것이 새로운 법칙이 될 것입니다.