‘에너지‘에 대해

막스 플랑크 평전 - 근대인의 세상을 종식시키고 양자도약의 시대를 연 천재 물리학자
에른스트 페터 피셔 지음, 이미선 옮김 / 김영사 / 2010년 4월

물리학에서 가장 중요한 개념 중 하나인 에너지란 개념이 태어난 역사적 배경과 이해에 대해:

  에너지와 열은 19세기 물리학의 두 가지 중요한 주제였다. 에너지 보존 법칙에서 드러나는 둘의 상호작용은, 19세기 중반 수십 년간의 투쟁이 있은 후에야 비로소 법칙으로서 적합하게 공식화될 수 있었다. 교과서에는 베를린의 물리학자 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz, 1821~1894)가 이 법칙의 창시자로 명기되어 있다. 플랑크도 그의 강의를 들었다고 한다. 

  ‘에너지(그리스어로 에네르게이아energeia는 ‘활동’을 의미한다)’라는 단어는 1807년 이전의 물리학에는 등장하지 않는다. 게다가 처음에 이 말은 오랫동안 허망한 존재였다. 플랑크와 동시대인들이 비로소 그 존재를 부각시키고, 에너지 안에서 불변하며 그 자체로 존재하는 절대적인 양을 발견했다.

  플랑크는 왜 에너지에 그토록 열광했는가? 에너지는 다른 여건들로부터 분리되어 있고, 무조건적인 절대성의 형태로 등장한다. 그럼으로써 에너지는 인간과 명백하게 떨어져 있고, 인간은 에너지에 관여할 수 없다. 에너지 보존 법칙에 따르면, 에너지는 생산되지도 사라지지도 않는다. 인간은 단지 에너지를 하나의 형태에서 다른 형태로 전환시키는 능력을 가졌을 뿐이다. (28~29 페이지)

  ‘에너지’는 우리가 관찰하고 있는 외부세계에서 나오는 것이 아니다. 따라서 일반적으로 말하듯 경험적 질량이 아니다. 에너지는 인간의 내면세계에서 발생하며, 우리가 관찰된 것에 질서를 부여할 때 사용하는 하나의 개념일 수도 있다. 

  철학은 인간이 경험하지 않고도 사용할 수 있는 개념들, 예를 들면 시간과 공간 같은 개념들을 안다. 그리고 철학은 그 구상이 도대체 어디에서 왔는지는 말하지 않은 채, 그저 이마누엘 칸트의 제안에 따라, 이런 개념들을 ‘선험적(아 프리오리a priori)’이라고 말한다. 심리학은 이 부분에서 인간에게는 ‘공통의 무의식’이 있다고 말한다. 선험적이라고 하는 근원적인(원형적인) 관념들은 의식적으로 접근하기 전에 이미 무의식 안에 들어 있다는 것이다. 이런 의미에서 에너지란 경험적인 개념이 아니라 원형적인 개념이라고 할 수 있으며, 우리는 바로 이 원형적인 개념을 갖고 일을 수행한다. (32 페이지)

  ... 제1차 세계대전이 끝나갈 무렵, 독일의 여성 수학자 에미 뇌터(Emmy Noether, 1882~1935)...는 “주어진 물리계가 수학적으로 표현 가능한 대칭성을 갖고 있으면, 그 계에는 보존되는 양이 반드시 존재한다”는 사실을 증명했다. (34페이지)

  ...자연의 법칙들을 서술할 때 사용하는 공식들은 시간의 축이 바뀌어도 대칭적이다. 그리고 바로 이러한 특성, 즉 ‘시간의 동질성’이라고도 알려진 이런 특성 때문에 에너지는 반드시 보존된다. (35페이지)