양자, 통계, 평형 및 비평형 열역학의 통합을 통한 정량적 예측 이론

초록 오늘날의 열역학은 주로 1873년과 1901년에 깁스가 각각 유도한 평형 계의 결합 법칙과 통계 역학에 기반을 두고 있으며, 비평형 계를 위한 비가역 열역학은 본질적으로 1930년대에 개발된 온사거 정리에 기반한 별도의 열역학 분과로 존재한다. 이들 사이에 1960년대에 양자역학이 발명되어 밀도 함수 이론(DFT)에 따라 정량적으로 해결되었다. 이 세 과학 분야는 서로 다른 원칙에 따라 작동하며 서로 상당히 분리되어 있다. 퍼듀가 설명한 맹인과 코끼리 우화에 비유하자면, 이들은 개별적으로 복잡한 시스템의 일부를 대표하며 따라서 그 자체로는 불완전하여 이들의 예측과 실험 관찰 사이에 정량적 일치가 부족하다. 지난 20여 년간 저자 그룹은 DFT 기반 양자역학과 깁스 통계 역학을 통합하는 다중 스케일 엔트로피 접근법(최근에는 젠트로피 이론으로 명명됨)을 개발하여 복잡한 시스템의 엔트로피와 자유 에너지를 정확하게 예측할 수 있게 했다. 또한 힐레르트가 제시한 비평형 계를 위한 결합 법칙과 결합하여 저자는 현상학적 온사거 정리를 넘어서는 교차 현상 이론을 개발하였다. 젠트로피 이론과 교차 현상 이론은 본 논문에서 검토된 바와 같이 전자 규모부터 관찰 가능한 모든 규모의 시스템에 대한 정량적 예측 이론을 제공한다.