아인슈타인의 냉장고

아인슈타인의 냉장고 - 뜨거운 것과 차가운 것의 차이로 우주를 설명하다
폴 센 지음, 박병철 옮김 / 매일경제신문사 / 2021년 9월

이 책은 열역학이라는 학문의 역사와 그 속에서 어떤 인물들을 통해 오늘의 자리에 오게 되었는지를 흥미롭게 전해주고 있다. 이 책을 읽어보면 열역학에 대한 기본적인 지식은 우리가 현재 경험하고 있는 기후 위기에 대한 보다 합리적인 이해와 견해를 갖게 하는 데 큰 도움이 되리라는 사실을 알 수 있다.

열역학은 처음 열의 물리적 특성을 연구하는 것에서 시작되어 오늘날에 이르러 그 연구 범위가 우주를 이해하는 수단으로까지 확장되었다고 한다. 열역학의 핵심은 에너지, 엔트로피, 온도 - 이 세 가지로 요약된다. 열역학은 현대 문명을 떠받치는 기반이라고 할 수 있다. 모든 기술은 이 세 가지를 이해했기 때문에 탄생했다. 원자에서부터 인간의 호흡, 우주의 종말까지 모든 질문의 답이 열역학에 들어 있다는 것을 이 책을 통해 알 수 있다.

열역학의 기초적 발전은 석탄이 풍부했던 영국보다 부족한 석탄을 효율적으로 활용할 수밖에 없는 현실적 조건 하에 있었던 프랑스에서 이뤄지게 된다. 영국 경제의 번영을 보며 같은 수준의 번영을 누리고자 한 필요성에서 시작된 열역학의 역사를 보며 “필요는 발명의 어머니”라는 말이 좀 더 실감나는 대목이었다.

열역학의 기원, 창시자는 프랑스의 사디 카르노라는 인물이다. 그가 남긴 “불의 동력에 관한 소고”라는 책은 1824년에 자비로 출판되었는데, 이 책의 저자는 이 문헌을 다큐를 제작하다가 보게 되었고 엄청난 감명을 받았다고 한다. 그의 이론은 ‘냉기가 없으면 열은 무용지물’이라는 표현에 함축되어 있는데, 이 통찰은 훗날 모든 엔진 기술은 물론이고 우주의 궁극적인 비밀을 밝히는 우주론에서도 핵심적인 역할을 하게 되는 인류의 귀중한 유산인 된 것이다.

사디 카르노 못지 않게 열역학 역사에서 핵심적인 인물이 훗날 절대영도 K의 개념의 주인공인 윌리엄 톤슨이다. 그의 가장 중요한 업적인 ‘열역학’이라는 용어가 그의 논문에서 처음 사용되었다는 것이며, 실험을 통해 카르노의 이론을 입증하여 열역학이 계속 발전해나갈 틀을 마련한 것이다.

이어 열역학 역사에서 또 하나의 중요한 인물로 루돌프 클라우지우스라는 인물을 꼽을 수 있다. 그는 창시자인 카르노를 비롯하여 그와 결이 다르거나 충돌하는 주장을 내세운 톰슨, 줄의 연구를 대립이 아닌 조화의 관점에서 접근하여 각자의 이론들이 상충되지 않는다는 것을 입증한 것이다. 그리고 과학 역사상 뉴턴의 운동 법칙과 함께 최고의 법칙으로 손꼽히는 열역학 법칙을 그의 논문에서 발표했다.

이 책에서 전달하는 열역학 영역의 가장 중요한 개념은 열과 일(work)이 서로 호환 가능하며, 열이 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흘러야 일을 할 수 있다는 것, 그리고 열과 일의 관계가 논리적으로 규명되는 과정에서 우리의 일상 뿐만 아니라 우주의 기원과 종말까지 관통하는, 다시 말해 만물의 비밀을 밝힐 열쇠가 열역학에 있을지도 모른다는 사실이다. 특히 우리가 지금 이렇게 인터넷을 통해 교류하고 정보를 주고받는 행위에서도 열역학의 원리가 적용되고 있다는 사실은 열역학이 얼마나 매력적인 학문이며 지식인지 깨닫게 한다.

* 네이버 「문화충전 200%」 카페 이벤트를 통해 출판사로부터 책을 무상으로 제공받아 읽고 쓴 서평입니다.