제2권: 역학 — 운동의 세계

Chapter 2: 에너지와 운동량

1. 에너지

1-3. 에너지 보존법칙 — 에너지는 사라지지 않는다

🎯 이 절의 핵심 질문

"우주에 존재하는 에너지의 총량은 우주가 탄생한 이래 단 한 번도 변한 적이 없다 — 정말인가?"

물리학에서 가장 강력한 법칙

여러분에게 한 가지 대담한 주장을 던지겠다.

지금 이 순간, 우주 어딘가에서 별이 폭발하고 있다. 지구에서는 자동차가 달리고, 나뭇잎이 떨어지고, 여러분의 심장이 뛰고 있다. 이 모든 과정 — 별의 폭발, 바람, 파도, 생명 활동, 핵반응, 화학 반응, 물체의 충돌 — 에서 에너지의 총량은 단 1줄(J)도 변하지 않는다.

에너지는 생성되지도, 파괴되지도 않는다. 형태를 바꿀 뿐이다.

이것이 에너지 보존법칙(law of conservation of energy)이다. 그리고 이것은 물리학 전체를 통틀어 가장 강력하고, 가장 보편적이며, 단 한 번도 예외가 발견된 적 없는 법칙이다.

뉴턴의 법칙? 빛의 속도에 가까워지면 수정이 필요하다(상대론). 맥스웰의 방정식? 양자 세계에서는 수정이 필요하다(양자전기역학). 하지만 에너지 보존법칙은? 물리학의 모든 혁명을 살아남았다. 고전역학에서도, 상대론에서도, 양자역학에서도, 입자물리학에서도 — 항상 성립한다.

왜 이 법칙이 이토록 강력한지, 그리고 이 법칙이 실제로 어떻게 작동하는지, 이제부터 하나씩 풀어보겠다.