맥스웰의 도깨비-열과 시간의 비밀(2026년 4월호)

한스 크리스찬 폰 베이어 지음 | 권영욱 번역 | 

사이플러스 2024. 4. 30. 출간 | 

ISBN 9791188731558 

목차

옮긴이의 말 

열역학과 도깨비를 소개하는 글 

1 포신 안에서: 열의 본질 

2 세상에 공짜란 없다: 열역학 제1법칙의 기원 

3 영혼을 찾아서: 열역학 제1법칙의 발견 

4 흐르는 물과 폭포수: 열의 일 해당량의 측정 

5 증기로 덮인 파리: 열역학 제2법칙으로 가는 길 

6 모든 것은 아래로: 열역학 제2법칙 

7 단순한 것이 좋은 것이다: 엔트로피의 발견 

8 황금의 강: 우화 

9 당구 경기: 온도 이야기 

10 줄 타는 도깨비: 우연, 그리고 확실성의 상실 

11 앞면과 뒷면: 확률의 법칙 

12 역학적 도깨비 

13 볼쯔만의 우주: 엔트로피의 본질 

14 지옥의 묵시록: 에너지의 퍼짐 

15 E = mc2 

16 이 자리와 이 순간: 시간의 수수께끼 

17 시간의 화살 

18 도깨비의 죽음을 알리는 4개의 부고 

19 새로운 엔트로피 

20 환상 속으로의 여행: 도깨비, 인간의 몸속으로 들어가다 

찾아보기

책 소개 

Warmth Disperses and Time Passes: The History of Heat 

원제목: 온기는 분산되고 시간은 흘러간다. 열의 역사. 

책은 모두 20장으로 나누어져 있으며, 각 장은 과학사에서 중요한 발견을 했던 천재 과학자들이 어떤 질문과 아이디어로 자연의 비밀을 밝히려고 접근했는지도 소개해주고 있다. 특히 열역학의 발달 과정 및 예를 들어 설명하면서 열역학의 법칙을 이해할 수 있도록 설명하는 방식을 택하고 있는 점이 흥미롭다. 과학자들의 아이디어와 생각이 담고 있는 의미와 현재 우리가 이해하고 있는 자연법칙과 상관관계를 설명도 해준다. 특히 예전의 번역본보다 번역이 잘 되어서 훨씬 편히 읽을 수 있게 만든 점도 돋보인다. 역자 권영욱 교수가 많은 시간과 노력을 투자했음을 알 수 있다. 

대학에서 이공계 대학생들이라면 열역학의 일부분 혹은 전부를 배운다. 열역학은 자연을 바라보고 해석하는 중요한 도구의 하나이다. 따라서 열역학이라는 과목명이 붙지 않아도 이공계 기초과목에서는 당연히 개념과 예가 곳곳에 등장하기 마련이다. 그것은 열역학이 작게는 자기 전공의 이해의 폭을 넓히기도 하지만 넓게는 물리적 세상이 돌아가는 원리를 이해하는 일이 기본이 되기 때문이다. 그것을 삶과 연결시킨다면 “세상에는 공짜가 없다”는 진리 역시 열역학 제1법칙인 에너지 보존 법칙과 연결되어 있다. 

특히 열역학 제2법칙에 대한 역사적 배경을 다루는 대목이 흥미롭다. 왜냐하면 열역학 제 2법칙의 엔트로피(무질서도)는 우주를 지배하는 개념이기도 하다. 눈으로 보거나 만질 수는 없지만 엄연히 일상에서 관찰하는 현상을 지배하는 숨은 원리를 엿보기도 한다. 예를 들어 뜨거운 커피는 계속해서 차가워지며, 그 반대의 경우, 즉 커피가 주변의 열을 흡수하여 뜨거워지지는 않는가? 빗으로 곱게 빗은 머리카락은 시간이 지나면 항상 흩어진 상태로 변하는가? 아침에 말끔하게 정리한 책상은 오후에는 책상 바닥이 보이지 않을 정도로 어지럽혀져 있는지? 등 그야말로 매우 자연스럽게 진행되는 현상이다. 더불어 과거로 돌아갈 수 없이 시간은 계속 미래로 진행되고 있는가? 인생이 비가역적이고, 그런 일을 당연히 받아들이지 않고 궁금하게 여기면 새로운 눈이 뜨기 시작하는 것이다. 

맥스웰의 도깨비는 천재 물리학자 맥스웰이 열역학 법칙을 시험하려고 고안해낸 가상의 존재이다. 도깨비는 무엇이든 뚝딱 만들어 내는 요술 방망이를 가지고 있다. 맥스웰의 도깨비는 우리가 관찰하는 자연적인 현상을 거스르는 일 혹은 실험으로 불가능하지만 상상으로는 가능한 모든 일을 차질 없이 수행할 수 있다. 그것은 상상이므로 불가능하지 않은 것이다. 예를 들어 도깨비는 같은 온도의 기체가 있고 문을 공유하고 있는 2개의 방의 중간에서 기체의 평균속력보다 빠른 분자가 문을 열어 오른쪽으로, 느린 분자가 오면 문을 열어 왼쪽으로 통과시켜주는 역할을 한다. 충분한 시간이 지나면 오른쪽 방은 온도가 높아지고 왼쪽 방을 온도가 낮아진다. 이렇게 생각(사고)을 하는 것은 머리로 생각하는 것이므로 장애물은 없다. 그러나 이것은 현실에서는 불가능하며, 앞서 설명한 현상들은 반대로 진행되지 않는 것은 누구나 알고 있다. 많은 물리학자들은 맥스웰의 도깨비와 같은 사고 실험에 대한 반증을 제시하였으며, 수많은 논문을 통해서 증명해 냈다. 

기억은 간직하고 있지만 과거로 돌아갈 수 없는 것은 너무도 자명한 일이다. 꿈속에서나 일어날 수 있는 일이며 현재도 앞으로도 계속 한 방향으로 흘러가는 자연의 세계는 경이롭다. 그것은 차가운 커피가 주변의 열을 모아서 스스로 뜨거운 커피가 될 수 없는 이치와 일맥상통하는 일도 된다. 책을 읽으면서 문장을 통해서 맥스웰의 생각은 물론 천재 과학자들이 고민했던 질문을 따라가다 보면 독자의 사유 폭을 넓혀줄 수 있는 좋은 책이다. 

저자소개 

한스 크리스찬 폰 베이어 : 미국 윌리엄 메리 대학교의 물리학과의 명예교수이다. 그는 자연에서 보고 느낄 수 있는 자연을 일반인의 눈높이에서 매우 잘 설명해주는 과학자이자 저술가이다. 고전물리학, 열역학, 상대성이론, 양자역학 등 물리학 이론을 쉽게 설명하고, 과학을 대중에게 알리는 공로를 인정받아서 과학의 진보를 위한 미국 과학협회(AAAS)로부터 상을 받기도 했다. 참고로 저자가 명예교수로 재직하고 있는 윌리엄 메리 대학교는 미국에서 하버드 대학교에 이어 2번째로 역사가 깊은 명문대학이다.