있어빌리티 교양수업_생활 속의 물리학

있어빌리티 교양수업 : 생활 속의 물리학 - 나는 알고 너는 모르는 인문 교양 아카이브 ㅣ 있어빌리티 교양수업
제임스 리스 지음, 박윤정 옮김 / 토트 / 2020년 6월

이 책은 ‘있어빌리티 교양수업’ 시리즈의 하나로 물리학을 다루는 책입니다. 있어빌리티 시리즈가 그렇듯이 이 책도 물리학의 기초부터 시작해서 아주 쉽게 물리학의 전반적인 내용들을 차근차근 설명해주는 책입니다. 이 책은 챕터1 ‘물리학자’로부터 시작해서 ‘컴퓨터와 전자기기’까지 모두 11개의 챕터로 나누어 총 114개의 질문에 답하는 형식으로 구성되어 있습니다. 또 각 장의 말미에는 10개의 뜻밖의 질문이 담긴 스피드퀴즈가 제시되어 있어서 퀴즈를 풀며 확인 과정을 거칠 수 있도록 배려하고 있습니다.

제게 이 책에서 가장 흥미로운 부분은 엔트로피를 다룬 부분입니다. 엔트로피는 1850년 클라우지우스가 열에너지의 변형과 관련된 현상을 설명하기 위하여 에너지(energy)라는 단어와 그리스어의 변형(tropy)이라는 말을 합성한 것으로 물질의 열적 상태를 나타내는 물리량으로 '계(시스템)의 단위 온도당 쓸모없는 열에너지의 척도'라고 정의합니다. 또 엔트로피는 종종 '무질서도'라고 불리며 언제나 증가하는 속성을 가졌습니다.

예를 들어 냄비 속 끓는 물에 얼음 덩어리가 빠졌을 때, 처음에는 얼음의 한쪽은 차갑고 다른 한쪽은 뜨거울 것이며 얼음 원자는 비교적 질서 있는 상태일 것이나 시간이 지나면 전체 온도가 똑같아지고 처음에 얼음에 있던 원자는 녹으면서 냄비 안의 물과 섞이게 됩니다. 즉 시간이 지나면서 냄비 속 시스템 안의 무질서 즉 엔트로피가 증가하는 것이죠. 이러한 특성으로 엔트로피는 '시간의 화살'이라고 불리기도 합니다. 왜냐하면 늘 한 방향으로만 움직이면서 항상 점점 커지기 때문이죠.

그렇다면 의문이 드는 것이 엔트로피가 증가하기만 하고 만물의 질서가 계속 줄어들어 혼란 상태가 가중된다면 어떻게 별, 행성, 심지어 인간과 같이 질서를 가진 엔트로피 법칙에 어긋나 보이는 물체가 형성될 수 있었을까요? 이에 대한 대답은 전반적인 엔트로피가 늘 증가하지만, 일부 지역에서는 엔트로피가 감소할 수도 있다는 것입니다. 앞의 예를 이어서 말하면 냉동실에서 얼음을 만들 때 물의 엔트로피는 감소하지만 냉동실 밖의 전체 엔트로피는 이에 비례해서 증가하는 것을 들 수 있습니다.

이렇게 이 책에 실려 있는 각 질문 하나 하나가 물리학의 큰 주제들입니다. 이러한 주제들을 한 두 페이지로 상당히 간략하면서 이해하기 쉽게 이야기하고 있습니다. 이렇게 이 책은 물리학자, 기초물리학, 생물물리학, 힘, 입자, 천체, 우주학, 날씨, 물질, 기술, 컴퓨터와 전자기기 등 호기심을 불러일으키는 물리학의 대표적인 내용들을 11개 카테고리로 나누어서 설명해 주는 책입니다. 현대문명은 아마도 물리학에 가장 큰 빛을 지고 있다고 해도 과언이 아니겠죠. 이 책이 그러한 내용을 쉽고 재미있게 잘 설명하고 있는 좋은 물리학 교양서라 하겠습니다.