열역학법칙은 우주 어디에서나 적용되나요?
열역학 법칙은 물리법칙 중 기본이라고 들었는데요. 산업혁명 이후 급격하게 발달한 원리라고 하던데, 제1법칙과 제2법칙 모두 우주 어디에서나 동일하게 적용되나요?
기본 물리법칙 중에서는 기본적으로 우주 어디에서나 적용되지만, 일반적으로 우리 눈에 보이는 거시적인 규모에서는 예외적인 상황이 존재할 수 있습니다. 특히 미시적인 규모, 양자역학의 영역에서는 열역학의 법칙이 다른 방식으로 작용할 수 있습니다. 양자역학은 매우 작은 입자들인 전자나 양자 상태를 다루며, 이 영역에서는 양자 효과가 지배적이기 때문에 열역학의 전통적인 법칙들이 그대로 적용되지 않을 수 있습니다.
우선, 열역학에는 4가지 법칙이 있으며, 각각에는 적용 여부에 따라 구분되어야 합니다.
제 0 열역학 법칙: 온도가 같은 물체끼리는 열을 주고받지 않는다.
제1 열역학 법칙: 에너지는 소멸되지 않고, 한 곳에서 나가면 다른 곳에서 들어온다. (에너지 보존 법칙)
제2 열역학 법칙: 물질과 에너지는 자연적으로 무질서해진다.
제3 열역학 법칙: 절대 영도에서는 모든 움직임이 멈추고, 완벽한 정리 상태가 된다.
일반적으로 제 0 법칙과 제 1 법칙은 대부분의 경우에서 잘 지켜지는 원칙들이지만, 양자 시스템에서는 특정 상황에서 제 2 법칙과 제 3 법칙이 적용되지 않을 수도 있습니다. 양자 세계에서는 제2 법칙 예외인 경우에는 일시적으로 무질서도가 감소할 수 있으며, 제3 법칙 예외인 경우에는 온도가 거의 0에 가까워도 입자들이 여전히 조금씩 움직일 수 있습니다. 이를 '제로 포인트 에너지'라고 부릅니다.
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