서평: 21세기를 살아가는 사람들을 위한 맞춤형 열역학 강의

열역학 - 열과 일, 에너지와 엔트로피의 과학 ㅣ DEEP & BASIC 시리즈 5
스티븐 베리 지음, 신석민 옮김 / 김영사 / 2021년 3월

누군가 ‘열역학’을 묻는다면 자신 있게 설명할 수 있는 사람이 몇이나 될까. 이과생인 나 역시 열역학이라는 단어를 들으면 어려워! 라는 말이 절로 튀어나온다. 열역학을 공부한 이에게도 열역학을 설명하는 일은 쉽지 않다. 

열역학의 깊은 이해를 갈망하는 사람, 혹은 열역학에 대해 전혀 모르는 사람들을 위해 미국의 저명한 물리 화학자인 스티븐 베리가 『열역학』을 집필했다. ‘가장 진실에 가까운 과학’인 열역학을 대중의 언어로 쉽게 풀어 썼다. 또한 직접 스티븐 베리의 열역학 수업을 들었던 서울대학교 자연과학대학 화학부 교수 신석민이 번역을 위해 펜을 들었다.

『열역학』은 총 7장의 목차가 존재한다. 

1장 열역학이란 무엇인가?

2장 왜 시간을 거슬러 돌아갈 수 없는가?

3장 고전적인 열역학은 어떻게 생겨났는가?

4장 열역학을 어떻게 사용하는가, 혹은 사용할 수 있는가?

5장 열역학은 어떻게 진화해왔는가?

6장 열역학의 전통적인 범위를 어떻게 넘어설 수 있는가?

7장 열역학은 과학에 관해 무엇을 가르쳐줄 수 있는가?

열역학은 물질의 상태 변화에 따라 일어나는 ‘일’과 ‘열’의 관계를 에너지, 엔트로피 등의 열역학적 변수들을 이용해 분석하는 학문이다. 열역학 제 1 법칙은 에너지 보존 법칙으로, 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며 한 형태에서 다른 형태로 변형된다는 뜻이다. 또한 고립계라는 시스템에서 총 엔트로피의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 절대로 감소하지 않는다는 것이 열역학 제 2 법칙이다. 열역학 제 2 법칙은 서로 다른 방식으로 표현될 수 있다. 스티븐 베리는 통계적, 미시적 관점으로 열역학을 표현하며, 세계에 접근하는 방식에서 파생되는 통찰을 알려 준다. 다소 모호할 수 있는 개념들인 일, 열, 온도, 에너지, 엔트로피 등을 찬찬히 풀어 설명하면서 우리를 열역학의 세계로 인도한다. 더 구체적으로 열역학을 알고 싶으신 분들은 책을 직접 구매해 읽어 보길 바란다. 

열역학의 개념과 법칙뿐만 아니라 열역학의 진화 과정, 열역학이 과학에게 가르쳐 주는 점들 등을 담아 이론을 뛰어넘는 사유를 할 수 있게 하는 책이다. 정보의 홍수 속에서 우리는 기본적인 과학 개념도 알지 못한 채 넘겨짚고 마는 경우가 많다. 스티븐 베리의 『열역학』은 과학 저서 뿐만 아니라 경제학, 사회학 분야에서도 종종 등장하는 ‘열역학’의 개념을 다잡을 기회를 제공한다. 

“열역학의 진화를 통해 부분적으로 살펴본 것처럼, 자연에 대한 개념과 과학에 포함된 실질적인 지식은 결코 확고하게 고정되어 있지 않다. 심지어 에너지 보존 법칙에 도전받는 상황도 있었다. 지금까지는 이러한 도전을 극복했지만 그 개념의 유효성에 한계가 없다고 완전히 확신할 수는 없다. 우리가 우주와 그 속의 무엇인가를 탐구하는 새로운 방법을 찾을 수 있는 한 과학은 계속 진화할 것이다.” 173p

아인슈타인은 열역학을 “기본적인 개념의 적용 틀이 절대 무너지지 않을 유일한 물리적 이론”이라며 높이 평가했다. 하지만 완벽하고 깨지지 않는 이론이라는 찬사 뒤에는 이론을 구축하기 위한 과학자들의 노력, 그리고 법칙에 대한 의심이 늘 함께했다. 끊임없는 의심 사이에 진리를 향해 나아가는 과학자들의 노력을 통해 우리는 세상을 좀 더 자세히 이해할 수 있다는, 열역학의 교훈을 만날 수 있을 것이다. 

이 서평은 김영사 대학생 서포터즈 활동의 일환으로 김영사로부터 도서를 지원받아 작성하였습니다.