열역학(thermodynamics)은 물질 더미에서의 에너지 변환에 관한 학문이다. 열린계(open system)에서는 계(system)와 그 주변환경(surroundings) 간에서 에너지와 물질이 교환될 수 있다. [고립된 계(isolated system)에서는 그러한 교환이 일어날 수 없다] 생물은 열린계이다.
열역학 제1 법칙(first law of thermodynamics)은 에너지는 결코 창조되거나 소멸될 수 없다는 것을 설명한다. 이 에너지 보존의 법칙(principle of conservation of energy)에 따르면 에너지는 어떤 형태에서 다른 형태로 이전되거나 변환될 수는 있으나 우주 전체의 에너지는 변함이 없다.
열역학 제2 법칙(second law of thermodynamics)은 이전되거나 변환되는 모든 에너지는 우주의 무질서를 증가시킨다는 것을 설명한다. 엔트로피(entropy)는 무질서 혹은 무작위성의 척도로 사용된다. 모든 에너지 이전과 변환에 있어서, 어떤 에너지는 무질서한 에너지 형태인 열에너지로 전환되고 열로서 방출된다.
자발적 과정(spontaneous process)은 “에너지 측면에서 호의적인” 과정이다. 즉, 에너지의 투입이 없이 일어날 수 있다. 자발적으로 일어나는 과정에서는 결과적으로 엔트로피가 증가되어야 한다. 비자발적인 과정은 계에 에너지가 가해졌을 때만 일어난다.
세포는 점점 조직화되어지나, 그 주변환경의 엔트로피를 부수적으로 증가시킨다. 예를 들면, 동물은 그 자신의 조직화된 구조를 만들고 유지하는 데 필요한 물질과 에너지원으로서 고도로 정돈된 유기물질들을 섭취하고 이용하며, 열과 단순한 분자인 이산화 탄소와 물을 환경에 되돌려준다.
참고자료: 캠벨 생명과학 요약
