엔트로피론의 기본 생각과 과제

엔트로피론의 기본 생각과 과제

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우리말 옮김: 편집실 지난 39호부터 엔트로피 학회의 「엔트로피 입문(1991.11)」을 우리말로 옮겨 싣고 있습니다. 이번 호에는 그 마지막으로 ‘엔트로피론의 10항목’과 ‘글을 마치며’를 발췌하여 옮깁니다. 여기에서는 엔트로피가 가지고 있는 기본생각을 알아보기 쉽도록 10개 항목으로 정리하고, 앞으로 엔트로피론이 해결해 나가야 할 과제들을 이야기 합니다. 엔트로피론 10항목 엔트로피론은 여러 가지로 정리할 수 있지만, 여기에서는 그 기본적인 생각을 아래의 10개 항목으로 정리해 본다. 1. 열역학 제2법칙 (엔트로피 증대법칙= 불가역성(不可逆性)의 원리)이 기본이다. < /FONT> 물질과 에너지는 양적으로는 변화하지 않지만(열역학 제1법칙), 그 상태(존재의 방식)는 변화한다. 변화는 전체로서 「확산」의 방향에만 일어난다. 확산의 정도를 나타내는 지표가 엔트로피이다. 확산은 혼자서 일어나지만, 농축하기 위해서는 일을 하지 않으면 안 된다. 따라서 엔트로피는 감소하지 않는다(열역학 제2법칙). 이러한 법칙은 관계되는 물질 전부를 생각할 때 성립한다. 부분적인 합이 좋은 경우만을 생각해서는 안 된다. 2. 엔트로피는 물질과 열에너지 간에 교환할 수 있다. 물질만을 본다면, 과정에 있어서는 엔트로피가 저하되는 것이다. 예를들면, 식물의 광합성은 물을 공기중으로 확산된 이산화탄소를 모아 탄수화물을 만들고 산소를 방출한다. 이때 물질의 엔트로피는 감소하지만, 그 이상의 엔트로피가 열과 함께 방출된다. 이것은 인간이 자원을 얻는 과정에서도 통한다. 엔트로피의 수지는 당시 분리한 상대, 과정, 기술에 따라 변화하지만, 물질계의 엔트로피 감소량보다 열에너지와 함께 환경에 방출되는 엔트로피가 훨씬 많다. 3. 지구상의 세계를 유지하는 것은, 태양광에 의한 저엔트로피의 에너지공급과 우주공간으로의 열방사에 의한 고엔트로피의 에너지폐기이다. 지구는 물질의 출입이 거의 없는 계이다. 그러나 에너지는 열방사의 형태로 출입한다. 태양으로부터 유입된 에너지가 물질계에서 엔트로피를 받아 저온의 열이 되고, 우주로 확산한다(그중, 대기권 내의 열의 이동에는 물순환이 중요하다). 그로 인해 지표의 상태는 거의 일정하게 유지된다. 이와 같은 계를 정상개방계라고 한다. 이때, 영원히 「정상」이라고 말하지는 않는다. 인간을 포함한 생물도 반드시 죽지만, 정상개방계라고 생각할 수 있다. 정상개방계는, 보다 크고 정상의 시간이 긴 정상개방계 안에서만 존재할 수 있다. 밖의 정상개방계가 안쪽의 계에 있어서의 환경이다. 4. 정상개방계로서의 지구 안에서, 물질순환은 생태계의 유지에 있어 중요하다. 정상개방계는 자연법칙에 따라 물질과 에너지를 변화시켜, 저엔트로피 상태를 고엔트로피 상태로 변하는 것에 의해 존재하고 있다. 이때 증가한 엔트로피는 환경에 방출된다. 그러기 위해서는, 물질과 에너지를 받아 배출하지 않으면 안 된다. (이것을 저해하는 물질이 독물이다.) 그러므로, 물질과 에너지를 이용하는 경우에는 발생하는 엔트로피의 처리(폐기)와 버리는 곳(환경)이 문제가 된다. 물질은 보존되는 것이기 때문에, 독물을 계에서 버리고 환경에 배출한 물질(예를 들어 인간에 의한 이산화탄소나 분뇨)을 환경으로부터 섭취할 수 있는 형태(산소 혹은 단백질이나 탄수화물)로 변화시키는 과정이 아니라면, 그 정상개방계는 언젠가는 존재할 수 없게 된다. 자원감소의 문제와 환경오염의 문제는 함께 있는 것이다. 5. 물질과 에너지 이용의 실태: 엔트로피의 발생과 이동에 주목한다. 엔트로피의 교환ㆍ이동의 과정은 그것에 존재하는 물질로 규정된다. 예를 들어 대기 중에 이산화탄소가 많아지면 지표로부터의 열에너지의 방출효율이 낮아지고, 지표의 온도가 상승하여 현재의 생태계가 유지될 수 없게 된다. 지구상의 물질의 총량은 변화가 없기 때문에, 환경에 확산한 물질이 원래로 돌려지지 않는다면 엔트로피 폐기과정이 변한다. 지구환경이 인간에 의해 건강하게 보존되기 위해서는 부용물의 질과 양, 그것을 버리는 방법, 버리는 것의 의미에 대하여 충분히 주의를 기울일 필요가 있다. 6. 기술은 물리법칙을 초월하지 못한다. 물질은 보존되기(열역학 제1법칙) 때문에 반응기로부터 소멸된 수은도 굴뚝에서 나온 유황산화물도,  공장에서 밖으로 배출되는 것만으로는 원자단위로 소멸되지 않는다. 환경에 존재하고 있는 것이다. ‘공해(公害)’는 이렇게 일어난다. 환경에 확산된 독물을 제거하는 것으로는, 확산되지 않도록 폐기 금지하는 것보다도 훨씬 많은 에너지가 필요하다(제2법칙). 정보는 과정을 제어하는 것이므로, 엔트로피를 없애지는 않는다. 아무리 잘 하더라도 넘을 수 없는 벽이 있다는 것을 보여주는 것이 열역학의 법칙이며, 그에 반하는 것은 있을 수 없다. 7. 「기술적 해결에 의한 경제성장」이라고 하는 신화의 오류에 주목한다.   경제성장과 환경보전이 과작기술의 발전으로 인해 양립할 수 있다는 설이 있다. 그러나 경제규모의 확대를 전제로 자원환경 문제를 해결하려고 한다면, 방출하는 엔트로피를 반드시 증대시키게 된다. 부분적으로는 어떻든 보다 큰 계 차원에서는 새로운 문제가 발생하게 된다. 지구온난화문제에서 화력발전을 원자력발전으로 바꾸도록 한다는 논의가 있지만, 그것으로는 연료채굴에서 폐기물처리로 가는 각 단계에 필요한 자원의 투입ㆍ배출량이 충분히 평가되지 않았다. 보다 기본적으로, 식수조림에 의한 대기 중의 이산화탄소의 제거는 원리적으로는 물론, 기술적으로도 문제가 없다. 그것이 실현하지 못하는 사회ㆍ경제적 문제가 있다. 이에 대해, 원자력발전에 의해 발생하는 방사성물질을 소멸시키는 것은 실제로 불가능하다. 사회적 문제는 과학ㆍ기술로는 해결할 수 없는 것이다. 해결곤란한 문제를 해결불가능한 문제로 바꾸어서는 안 된다. 8. 리사이클(재생이용)은 자원환경 문제에 대처하는 경우에 필요하고 유효하지만, 최종적인 해결이 될 수는 없다. 「섞이면 쓰레기, 분리되면 자원」이라는 말과 같이, 리사이클은 자원문제ㆍ폐기물문제에 동시에 대처할 수 있는 수단으로서 일정한 유효성을 갖는다. 한 번 쓰고 버리는 것보다 훨씬 엔트로피의 증대를 억제하고, 자원에서 폐기물로 가는 일방통행의 흐름을 완화시킨다. 처음부터 리사이클의 과정을 염두에 두고, 그로부터의 에너지 사용, 폐물ㆍ폐열의 발생을 최소화하도록 생산해야 한다. 그러나 100%의 리사이클은 불가능하다. 부용물의 회수에서 자원의 재생에 이르는 각 단계에 다른 자원의 투입이 필요하고, 그에 따르는 오염물질의 발생도 피할 수 없다. 오늘날의 「선진」공업사회는 소비=생산의 총량삭감을 지향할 필요가 있다. 9. 지역의 자립과 다양성에 주목한다. 지구상의 환경은 실제 다양하고, 생물은 각각 그 환경과 상호작용을 하며 다양한 생태계를 만든다. 도시화에 의한 인구집중과 과도하게 획일적인 생활의 추구는 환경에의 부하를 극도로 높이고, 물자 이동의 증가와 엔트로피의 증대는 가속되고 있다. 생태계가 무리없이 유지될 수 있는 적정규모의 「지역」에서, 경제적ㆍ정치적ㆍ문화적으로 자립할 수 있는 사회를 지향해야 한다. 이것은 주민이 지역사회에의 귀속감ㆍ참가ㆍ책임의 문제를 통하여, 진정한 어메니티ㆍ삶의 기쁨을 획득하는 이치이다. 여기에는 지역의 사정에 따른 방법론이나 가치관이 수반된다. 이러한 단계의 「다양성」의 적극적 평가가 중요해진다. 10. 물리법칙으로서의 엔트로피 증대법칙을 고찰의 틀에 더하는 것으로, 기존 학문의 재인식과 재구축을 지향한다. 예를 들어 경제학에서는, 이제까지 인간의 활동 중 생산과 소비만 논하여 왔다. 그 결과, 환경문제나 자원문제의 해결에 대해 유효한 답을 얻어내지 못하고 있다. 이 문제를 해결하기위해서는 생산과 소비에 따라 필연적으로 발생하는 폐물과 폐열까지 시야를 넓힌 새로운 경제학이 요구된다. 이제까지 전문적으로 분화된 학문체계에 대신하는 새로운 학문을 구축하고, 시대의 문제를 해결하는 것이 급선무이다. 마치며 열학 엔트로피의 증대법칙에 착안한 엔트로피론은, 경제와 기술의 올바른 방향을 포함하여 우리들의 생활을 바로잡도록 하는 실마리를 주었다. 물순환을 시작으로, 순환이라는 것의 소중함을 이렇게 적절하게 가르치는 이론은 이것 외에는 없었다. 엔트로피론은 화석연료 등의 천연자원을 대량으로 소비하고, 획일적인 라이프스타일을 밀어붙이는 근대공업사회에 대한 유력한 비판을 제출하는 사고방식이다. 한 번 쓰고 버리는 문화의 일회성에 대해, 영속적으로 전개하는 순환성을 존중하고, 인류의 미래에 전망을 주려고 하는 입장이라고 할 수 있을 것이다. 앤트로피론은 또한, 지역의 생활을 중시함으로써 다양성의 소중함도 가르치고 있다. 다양한 것의 공존이야말로 생물의 일원으로서 살아가는 인간의 힘이다. 근대공업사회에서는, 시장경쟁에서 이김으로써 인간들의 생활이 향상된다고 가르쳐 왔다. 자유경쟁의 시장이 생산물의 유통에 있어 매우 효율적인 시스템이라는 것을 부정하지는 않는다. 그러나 경쟁인 이상, 이기는 자의 반면에는 반드시 지는 자가 있게 마련이다. 노인도 어린 아이도 심신장애자도 모두 살고 있는 지역사회에서는, 비록 시장의 경쟁에서 진다하더라도 다른 곳에서는 이기도록 하는 시스템이 되지 않으면 안 된다. 이러한 순환성과 다양성을 유지하는 이론으로서의 엔트로피론은 오랜 동안 고군분투해 온 에콜로지론과 손을 맞잡으며, 사물을 보는 방법, 느끼는 방법, 생각하는 방법에 새로운 세계를 열어주었다. 그러나 엔트로피론의 현상에 문제가 없다는 것은 아니다. 우리들의 인식을  새롭게 한만큼 눈부신 이론이지만, 그 한편에 미해결의 과제도 적지 않다. 오히려, 남아있는 과제가 많을 정도인지도 모른다. 엔트로피라고 하는 열학에서의 상태량을 가지고, 정상개방계로서의 지구가 살고 있는 의의를 명확히 한 것은 槌田의 획기적인 업적이다. 만약 정상적인 흐름의 순환이 없다면, 고엔트로피의 폐열과 폐물을 그 계의 외부로 버리는 것이 불가능하기 때문에, 생명을 포함한 계의 유지와 재생산이 곤란해지고 죽음에 이르게 된다. 우리들 현실 생활의 물리적 환경은, 역학만으로 설명할 수 없다. 생활이 생명과 겹치는 부분에서는 특히 열학의 힘을 빌리지 않으면 안 된다. 열학의 세계에서는, 엔트로피가 감소하지 않는 계에서 시간은 일정한 (불가역의) 방향으로 나아간다. 뉴튼의 역학이 가정하는 것과 같은 가역의 시간은 없다. 노인이 어린이로 돌아가는 것은 불가능하다. 이 때문에, 엔트로피론은 기존의 역학 위에 시간의 본질에 대해 깊이 고찰하고 해명할 수 있어야 할 것이다.  槌田이론에 의해 언급된 「살아 있는 계」라는 것은, 물질의 불균일성을 시작으로 정상흐름의 순환이 진행하고, 엔트로피를 계 외로 버리는 기구인 개방계이다. 인간 또한, 땀을 흘리거나 배설로 엔트로피를 체외로 버리면서, 지구가 살아있는 것과 같은 원리에 따라 살아가고 있다. 그러나 엔트로피라고 하는 열학에서의 물리량은, 인간의 감성으로 파악할 수 있는 것이 아니다. 엔트로피는 가속도와 같은 역학에서의 물리량과는 달리, 뛰어가거나 오토바이의 주행에서 느껴지는 것과 같은 신체적인 적응을 순간적으로 필요로 하지 않는다. 정상개방계로서의 신체조직이 보다 큰 정상개방계의 흐름으로 둘러싸여 있기 때문에, 적응이 완만하게 진행된다. 에너지의 평형상태에 도달한 죽음이라 하더라도 계 내부에서 판정할 수 있는 것이 아니다. 관측주체와 관측대상과의 상호규정성에 관한 고전적인 물음이 여기에도 가로놓여 있다. 인간에 의한 고엔트로피 물질인 배설물도, 외부의 정상개방계를 구성하는 토양미생물에게는 저엔트로피 자원으로서 유용하다. 인간의 사체가 땅에 묻히면, 토양미생물의 생명활동을 강화한다. 계를 어떻게 설정하는 지에 따라, 어떠한 계의 죽음이 다른 계의 삶을 의미하기도 한다. 역학에 비교하여 열학을 인간적인 물리학이라고 부르는 것은, 인식하는 것과 인식당하는 것과의 관계를 연구대상으로 하기 때문이기도 하다. 역학모델을 활용하여 고도의 이론화를 달성한 경제학은, 최근 환경문제, 자원문제, 남북문제 등의 현실적인 과제로 당황하고 있으며, 연구방법의 위기가 지적되고 있을 정도이다. 관계성을 중심으로 하고, 경제학을 확립하는 것이 엔트로피론의 과제이며 기대되는 이유이다. 이후, 엔트로피론은 관계성을 둘러싼 생명활동을 기초로 하여 나아갈 것이라고 생각된다. 관계성에 발을 들인 엔트로피론은 인간의 특권적인 위치를 확인한 위에서 더욱 깊어질 것이다. 이제까지의 환경문제는, 오염물질을 어떻게 제거하고 정화하는가라고 하는 형태로 다루어져 왔다. 그러나 관계성에까지 시야를 넓힌 엔트로피론에서 본다면, 오염물질이라는 것은 없다. 이것은 생명계의 관계성을 빠뜨리고 있는 것이다. 관계성에 기초한 오염의 본질을 명확히 하는 것이 앞으로 남은 중대한 과제이기도 하다.

2005년 11월 01일