* 뜨거운 것, 차가운 것
어느 것은 다른 어느 것보다 차갑다. (이 글에서 뜨겁다는 것은 높은 온도를, 차갑다는 것은 낮은 온도를 나타낸다.) 그런데 이 차갑다는 것이 무한히 차가울 수 있을까? 나는 이런 의문을 가져본 적이 없다. 의문을 갖기 전 언제인지 알 수 없는 시점에서 절대 온도라는 개념이 스며들었기 때문이다. 근대 이전 사람은 차가움이 무한히 있는지 없는지 궁금했던 모양이다.
내가 무지한 고로 의문을 갖고 있다. 차가움에는 하한선이 있다, 그러면 뜨거운 것에 한계가 있을까.
첫 번째 떠오른 생각은 한계가 없는 것이다. 자연수에는 가장 적은 자연수가 있다. 그러나 가장 큰 자연수는 존재하지 않는다.
하지만 우주(물리학)은 수학이 아니다. 수학에서 속력은 무한이 커질 수 있지만, 물리학에서의 속력은 광속이라는 한계가 있다. 그런 비유로 보면 뜨겁다는 것이 한계를 가질 것 같다. 분자의 운동이 한계를 가질 것이니 온도도 한계가 있을 것 같다.
(또 하지만) 속도가 온도인가? (물론 아니다.) 나는 온도를 시간당 에너지 방출로 생각한다. 어떤 물체가 광속에 가까운 운동을 하면서 속도는 제한을 받지만 이때 (질량이 증가하므로) 필요한 에너지의 한계는 없다. 따라서 온도의 한계는 없을 것 같기도 하다.
(또또 하지만) 물리학적으로 질량의 밀도는 한계가 있다. 임계 밀도를 넘어 버리면 블랙홀과 같은 우리 경험하는 통상적인 물리적 환경이 아닌 전혀 다른 환경으로 바뀌게 된다. 그러므로 높은 온도는 (질량과 등가인) 에너지의 밀도가 높아지는 것이고 이는 온도가 의미가 없는 새로운 물리적 환경으로 변하기 때문에 뜨거운 것에 한계가 있을 수도 있다.
뜨거운 것에 한계가 있는 것이 맞을까, 없는 것이 맞을까?
p 136 T=1/3*mv**2/k (중략) 따라서 만약 라돈 원자들을 광속과 같은 속도까지 가속시킬 수 있다면, 그것들의 온도는 1/3 x (3.7 x 10**-25) x (3 x 10**8)**2/(1.38 x 10**-23), 대략 2.7 x 10**14 켈빈일 것이다.
위 글은 뜨거움의 상한 한계가 있다는 것인데, 아직 나는 납득을 잘 못하고 있다. 글쓴이는 단순하게 속도에 광속만 대입했는데, 잘 알려진 바와 같이 상대성 이론에 의해 정지 질량은 운동을 하면서 질량이 증가하게 된다. 위 식의 질량에 상대성 이론을 고려한 질량으로 계산하면 무한대가 나온다. ; 뜨거움의 한계가 있는 것이 맞나?
글쓴이의 착각(오류)으로 보기에는 책의 전반적인 내용이 깊다. 글쓴이의 착각일까 내가 잘못 해석한 것일까?
혹시 알라디너 중에 아시는 분 계시나요?
