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품목정보
| 발행일 | 2021년 09월 27일 |
|---|---|
| 쪽수, 무게, 크기 | 524쪽 | 772g | 153*224*25mm |
| ISBN13 | 9791164843268 |
| ISBN10 | 1164843265 |
아인슈타인의 냉장고
: 뜨거운 것과 차가운 것의 차이로 우주를 설명하다
폴 센 저 / 박병철 역
|
매일경제신문사
|
2021년 09월 27일
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- 자연과학 top20 1주
- eBook
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생각이 너무 많은 어른들을 위한 심리학 (20만부 기념 리커버 에디션)
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저자 소개 (2명)
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열역학은 현대 문명을 떠받치는 기반이다. 열역학이라는 분야가 탄생한 후로 인류는 과거 그 어떤 시대보다 눈부신 발전을 이룩했으며, 지구상에 인류가 출현한 이래로 가장 건강하고 긴 삶을 누리고 있다. 일례로 요즘 태어난 아이들은 성인이 될 때까지 살아남을 확률이 거의 100퍼센트에 가깝다. 물론 세상에는 아직도 잘못된 부분이 많이 남아 있으나, 그런 것 때문에 과거의 원시적인 삶으로 돌아가려는 사람은 거의 없다. 물론 이 모든 발전을 열역학 혼자 이룩한 것은 아니지만, 열역학이 없었다면 인류는 지금처럼 풍요로운 삶을 누리지 못했을 것이다.
--- 「프롤로그」 중에서
우리 주변에서 일어나는 사건들은 대체로 비가역적이다. 그런데 톰슨은 열의 거동에서 이와 같은 비가역성을 발견한 것이다. 우주의 모든 사건이 한쪽 방향으로만 진행되는 데에는 그럴 만한 이유가 있다. 모든 사건은 에너지가 분산되는 방향으로 진행되며, 이것이 시간이 과거에서 미래로만 흐르는 이유이기도 하다. 톰슨은 시간의 화살(time’s arrow)이 일방통행인 이유를 알아냈다. 시간은 에너지가 ‘덜 분산된’ 과거에서 에너지가 ‘많이 분산된’ 미래를 향해 비가역적으로 흐른다. 그리고 에너지가 더 이상 분산될 수 없을 정도로 ‘완전히 분산되면’ 시간도 더 이상 흐르지 않는다.
--- 「열의 흐름과 시간의 끝」 중에서
오늘날 맥스웰은 전자기학을 확립한 물리학자로 알려져 있지만, 1860년대에 활동했던 과학자들 중에는 그의 운동이론을 모르는 사람이 거의 없었다. 한번은 왕립협회의 공개 강연장에서 강의가 끝나고 사람들이 한꺼번에 몰려나오면서 일대 혼잡을 이루었는데, 강연에 참석했던 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 군중 속에 섞여 있는 맥스웰을 향해 이렇게 소리쳤다고 한다. “이봐, 제임스. 왜 거기 갇혀 있나? 운동이론의 대가라면 그 정도는 쉽게 빠져나올 수 있어야지!”(이리저리 밀치는 사람들을 기체입자에 비유한 것이다.)
--- 「확률의 법칙」 중에서
바로 여기서 기브스의 열역학 지도가 위력을 발휘한다. 이 그래프를 이용하면 물이 증기로 변할 때 추출 가능한 에너지의 양과 증기의 압력 그리고 온도를 알 수 있다. 또한 이 그래프는 터빈을 통과한 증기가 물로 응결될 때 가장 이상적인 온도를 알려준다. 이 정보를 활용하면 효율을 극대화하면서 발전소를 안전하게 운용할 수 있다. 집 안의 조명을 켜고, TV를 보고, 전기오븐에서 닭을 구울 수 있는 것도 기브스의 열역학 지도 덕분이다. 이 모든 장치들이 그로부터 탄생했기 때문이다.
--- 「경우의 수 헤아리기」 중에서
기술적인 면에서 아인슈타인이 가장 크게 공헌한 분야는 열 및 열역학과 관련된 분야이다. 그는 1920년대 말～1930년대 초에 걸쳐 냉장고를 설계하고, 특허를 획득하고, 시장을 개척하는 데 많은 시간을 투자했다. 당시 냉장고 제조 기술은 열역학적 측면에서 상당히 발전한 상태였지만, 암모니아나 염화메틸 또는 이산화황 같은 독성물질을 냉매로 사용했기 때문에 펌프의 이음매에서 가스가 새기라도 하면대형 사고로 이어질 가능성이 높았다. 1926년의 어느 날, 아인슈타인은 “베를린의 한 가정에서 냉장고 냉매가 유출되어 아이들을 포함한 일가족이 사망했다”는 신문기사를 읽고 안전한 냉장고를 만들기로 마음먹었다.
--- 「대칭」 중에서
일부 과학자들은 지난 수십 년 동안 열역학과 양자역학 그리고 일반 상대성 이론이 동시에 적용되는 또 하나의 분야를 열심히 연구해왔다. ‘정보이론’이 바로 그것이다. 블랙홀로 내던져진 기체상자를 예로 들어보자. 가장 근본적인 단계에서 기체의 엔트로피를 계산하려면 모든 분자의 위치와 진행 방향을 일일이 파악하여 끔찍하게 긴 목록을 작성해야 한다. 그다음, 1940년대에 클로드 섀넌이 했던 것처럼 목록에 적힌 모든 항목을 2진수로 바꾸면 1과 0으로 이루어진 긴 수열이 얻어진다. 이제 기체와 관련된 모든 정보는 이 수열에 들어 있다. 그런데 누군가가 기체상자를 블랙홀 안으로 던졌으므로, 베켄슈타인과 호킹의 이론에 의해 사건 지평선의 면적은 기체의 엔트로피만큼 증가한다. 구체적으로 얼마나 증가한다는 말인가? 맞다. 방금 기체를 대상으로 만든 1과 0의 숫자 배열이 사건 지평선 표면에 모두 들어갈 만큼 증가한다.
--- 「사건 지평선」 중에서
나는 이런 분위기를 조금이라도 바꾸기 위해 이 책을 집필했다. 여기까지 읽은 독자들은 열역학의 기본 개념을 어느 정도 이해했을 것이므로, 환경을 파괴하지 않고 생활수준을 유지하거나 개선하는 방법을 누군가가 제시했을 때 수용 여부를 스스로 판단할 수 있으리라 믿는다. 원자력 사용을 권장해야 하는가? 구식 가솔린차를 버리고 전기 자동차를 타야 하는가? 석유에는 어느 정도의 세금을 부과해야 하며, 풍력발전소에는 정부 보조금을 얼마나 투입해야 하는가? 열역학 법칙에 대한 기본적인 이해가 없다면 이런 질문에 답할 수 없다.
나는 올바른 정보에 기초한 토론만이 해결책을 찾는 유일한 길이라고 생각한다. 열역학은 지구를 파괴하지 않으면서 삶의 질을 개선할 수 있다.
문제는 열역학 자체가 아니라 그것을 사용하는 사람들의 마음 자세이다. 그러므로 모든 것은 여러분에게 달려 있다.
--- 「프롤로그」 중에서
우리 주변에서 일어나는 사건들은 대체로 비가역적이다. 그런데 톰슨은 열의 거동에서 이와 같은 비가역성을 발견한 것이다. 우주의 모든 사건이 한쪽 방향으로만 진행되는 데에는 그럴 만한 이유가 있다. 모든 사건은 에너지가 분산되는 방향으로 진행되며, 이것이 시간이 과거에서 미래로만 흐르는 이유이기도 하다. 톰슨은 시간의 화살(time’s arrow)이 일방통행인 이유를 알아냈다. 시간은 에너지가 ‘덜 분산된’ 과거에서 에너지가 ‘많이 분산된’ 미래를 향해 비가역적으로 흐른다. 그리고 에너지가 더 이상 분산될 수 없을 정도로 ‘완전히 분산되면’ 시간도 더 이상 흐르지 않는다.
--- 「열의 흐름과 시간의 끝」 중에서
오늘날 맥스웰은 전자기학을 확립한 물리학자로 알려져 있지만, 1860년대에 활동했던 과학자들 중에는 그의 운동이론을 모르는 사람이 거의 없었다. 한번은 왕립협회의 공개 강연장에서 강의가 끝나고 사람들이 한꺼번에 몰려나오면서 일대 혼잡을 이루었는데, 강연에 참석했던 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 군중 속에 섞여 있는 맥스웰을 향해 이렇게 소리쳤다고 한다. “이봐, 제임스. 왜 거기 갇혀 있나? 운동이론의 대가라면 그 정도는 쉽게 빠져나올 수 있어야지!”(이리저리 밀치는 사람들을 기체입자에 비유한 것이다.)
--- 「확률의 법칙」 중에서
바로 여기서 기브스의 열역학 지도가 위력을 발휘한다. 이 그래프를 이용하면 물이 증기로 변할 때 추출 가능한 에너지의 양과 증기의 압력 그리고 온도를 알 수 있다. 또한 이 그래프는 터빈을 통과한 증기가 물로 응결될 때 가장 이상적인 온도를 알려준다. 이 정보를 활용하면 효율을 극대화하면서 발전소를 안전하게 운용할 수 있다. 집 안의 조명을 켜고, TV를 보고, 전기오븐에서 닭을 구울 수 있는 것도 기브스의 열역학 지도 덕분이다. 이 모든 장치들이 그로부터 탄생했기 때문이다.
--- 「경우의 수 헤아리기」 중에서
기술적인 면에서 아인슈타인이 가장 크게 공헌한 분야는 열 및 열역학과 관련된 분야이다. 그는 1920년대 말～1930년대 초에 걸쳐 냉장고를 설계하고, 특허를 획득하고, 시장을 개척하는 데 많은 시간을 투자했다. 당시 냉장고 제조 기술은 열역학적 측면에서 상당히 발전한 상태였지만, 암모니아나 염화메틸 또는 이산화황 같은 독성물질을 냉매로 사용했기 때문에 펌프의 이음매에서 가스가 새기라도 하면대형 사고로 이어질 가능성이 높았다. 1926년의 어느 날, 아인슈타인은 “베를린의 한 가정에서 냉장고 냉매가 유출되어 아이들을 포함한 일가족이 사망했다”는 신문기사를 읽고 안전한 냉장고를 만들기로 마음먹었다.
--- 「대칭」 중에서
일부 과학자들은 지난 수십 년 동안 열역학과 양자역학 그리고 일반 상대성 이론이 동시에 적용되는 또 하나의 분야를 열심히 연구해왔다. ‘정보이론’이 바로 그것이다. 블랙홀로 내던져진 기체상자를 예로 들어보자. 가장 근본적인 단계에서 기체의 엔트로피를 계산하려면 모든 분자의 위치와 진행 방향을 일일이 파악하여 끔찍하게 긴 목록을 작성해야 한다. 그다음, 1940년대에 클로드 섀넌이 했던 것처럼 목록에 적힌 모든 항목을 2진수로 바꾸면 1과 0으로 이루어진 긴 수열이 얻어진다. 이제 기체와 관련된 모든 정보는 이 수열에 들어 있다. 그런데 누군가가 기체상자를 블랙홀 안으로 던졌으므로, 베켄슈타인과 호킹의 이론에 의해 사건 지평선의 면적은 기체의 엔트로피만큼 증가한다. 구체적으로 얼마나 증가한다는 말인가? 맞다. 방금 기체를 대상으로 만든 1과 0의 숫자 배열이 사건 지평선 표면에 모두 들어갈 만큼 증가한다.
--- 「사건 지평선」 중에서
나는 이런 분위기를 조금이라도 바꾸기 위해 이 책을 집필했다. 여기까지 읽은 독자들은 열역학의 기본 개념을 어느 정도 이해했을 것이므로, 환경을 파괴하지 않고 생활수준을 유지하거나 개선하는 방법을 누군가가 제시했을 때 수용 여부를 스스로 판단할 수 있으리라 믿는다. 원자력 사용을 권장해야 하는가? 구식 가솔린차를 버리고 전기 자동차를 타야 하는가? 석유에는 어느 정도의 세금을 부과해야 하며, 풍력발전소에는 정부 보조금을 얼마나 투입해야 하는가? 열역학 법칙에 대한 기본적인 이해가 없다면 이런 질문에 답할 수 없다.
나는 올바른 정보에 기초한 토론만이 해결책을 찾는 유일한 길이라고 생각한다. 열역학은 지구를 파괴하지 않으면서 삶의 질을 개선할 수 있다.
문제는 열역학 자체가 아니라 그것을 사용하는 사람들의 마음 자세이다. 그러므로 모든 것은 여러분에게 달려 있다.
--- 「에필로그」 중에서
출판사 리뷰 출판사 리뷰 보이기/감추기
추천평 추천평 보이기/감추기
열역학 법칙의 발전을 물리학자의 삶으로 녹여낸 흔치 않은 책이다. “열이란 무엇인가?”란 질문이 통계역학으로 발전하고, 엔트로피의 발견이 아인슈타인과 스티븐 호킹의 블랙홀 우주론으로 발전하는 과정을 담고 있다. 이 얼마나 멋진 이야기인가. 열역학이 교과서의 딱딱한 공식이 아니라 인간적인 학문이라는 사실을 밝히는 이 책을, 물리학과에서 열역학을 가르치는 사람으로서 일독을 권한다.
- 이기진 (서강대학교 물리학과 교수)
먼 미래에도 진리로 살아남을 이론으로 아인슈타인은 열역학을 꼽았다. 열역학의 범위는 우주의 탄생부터 머나먼 종말까지를 포함하고, 작은 세포의 작동, 지구의 기후 변화, 현대의 정보과학과 우주의 블랙홀도 열역학에서 자유로울 수 없다. 열역학의 발전을 만들어낸 이들의 재밌는 뒷얘기와 과학적 성취를 알기 쉽게 설명한, 내가 오래 오래 기다려온 멋진 책이다.
- 김범준 (성균관대학교 물리학과 교수)
열역학은 에너지의 불멸과 시간의 방향을 이야기해주는 심오한 철학이다. 이 책은 에너지 발견부터 엔트로피를 거쳐 블랙홀, 정보이론까지 열역학의 역사를 흥미롭게 풀어내고 있다. 이 주제에 대해 이보다 잘 정리한 교양 과학책은 아직 보지 못한 것 같다. 일반인뿐만 아니라 이공계 전공자들에게도 추천하고 싶다. 열역학이 가진 진정한 힘과 아름다움을 느낄 수 있으리라.
- 김상욱 (경희대학교 물리학과 교수)
물리학의 가장 심오한 개념과 탁월한 스토리텔링이 이상적으로 결합된 책이다. 최고의 대중 과학서로 손색이 없다. 열역학의 역사와 열역학이 우리 세상을 바꿔온 이야기가 쉽고 흥미진진하다.
- 짐 알-칼릴리 (Jim Al-Khalili, 『물리학이 만든 세상(The World According to Physics)』 저자)
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