열역학의 물리학자들과 깁스 (Gibbs)

위대한 물리학자 2 - 카르노에서 네른스트까지 열역학의 세계 ㅣ 위대한 물리학자 2
윌리엄 크로퍼 지음, 김희봉 옮김 / 사이언스북스 / 2007년 6월

사이언스 북스의 '위대한 물리학자' 시리즈의 2번째, 열역학과 관계된 과학자들에 대한 책이다. 1권에서 고전역학을 다루었는데 이어서 열역학으로 넘어갔다. 열역학의 물리학자 8명의 생애와 그들이 한 일들에 대해 아주 잘 정리되어 있고 재미도 있었다.

카르노, 마이어, 줄, 헬름홀츠, 톰슨 (켈빈 경), 클라우지우스, 기브스 (깁스), 네른스트.

나는 마이어와 클라우지우스에 대해서는 잘 모르고 있었다. 그런데 클라우지우스가 엔트로피와 열역학 1법칙을 정립했다는 걸 알았다.

   dU = TdS - PdV

이것이 그가 정립한 공식인데, 새로운 것을 알게되고 다시 옛 기억을 더듬게 되어 좋았다. 클라우지우스는 자신의 이름으로 된 공식이나 법칙이 없었기에 이름을 남기기 어려웠을 것이다. 켈빈 경이란 작위를 받은 톰슨에 대해서는 잘 몰라도 절대온도 켈빈은 아는 것처럼.

또한 열역학을 배우면서 뜬금없이 나오는 카르노 기관에 대해 의문이었는데, 바로 그 카르노 기관이 바로 열역학이란 학문을 나오게한 계기였다. 또한 열역학을 깊게 배우면서 자연스럽게 알게되는 통계역학도 어떤 식으로 열역학과 연계되는지 알 수 있었다.

하지만 무엇보다도 열역학의 완성자인 깁스에 대해 알게되었다. 그는 조용히 업적을 쌓아갔는데 세상은 잘 알아주지 않았다. 세상에는 잊혀진 천재도 있는 것이었다. 물론 나는 깁스라는 이름을 들으면 왠지 모를 향수를 느낀다. 깁스의 'Scientific papers'라는 2권의 책의 가치도 알 수 있었다. 그가 초기에 썼던 3편의 논문이 열역학을 정립하게 된다. 특히 3번째 논문인 '불균일 물질들의 평형'이란 논문의 가치를 책을 읽으면서 알 수 있었는데, 가지고 있는 책을 살펴보니 이 논문은 300page가 넘어가는 하나의 책이었다. 위의 'papers 1권'의 대부분을 차지했다.

열역학의 프린키피아라고 할 수 있는 이 책과 그의 연구들을 통해 그는 다음을 정립했다.

  dU = TdS - PdV + μdn

  U = TS - PV + μn

  G = U + PV -TS

  G = μ_a*n_a + μ_b*n_b

그는 깁스 에너지와 화학적 포텐셜을 도입한 것이다.

책에서 한부분 골라보면,

"이렇게 고립된 상황에서 좋은 연구를 할 수 있는 이론가는 아주 드물다. 이런 면에서 깁스를 능가할 사람은 사람은 아인슈타인뿐일 것이다."