제4권: 열과 에너지 — 열물리학 (Thermal Physics)

뜨겁고 차가운 것의 물리학. 에너지의 흐름과 무질서도(엔트로피)를 이해하고, 미시세계의 통계가 거시세계의 법칙을 어떻게 만들어내는지 본다.

Chapter 1: 열역학

[문제] 열과 에너지의 흐름을 지배하는 법칙은 무엇인가?

지금까지의 여정

제2권에서 우리는 역학을 배웠다. 물체에 힘을 가하면 어떻게 움직이는지, 에너지와 운동량이 어떻게 보존되는지 알게 되었다. 제3권에서는 전기와 자기의 세계를 탐험했고, 빛이 전자기파라는 놀라운 사실까지 발견했다.

그런데 여기서 잠깐 — 우리는 아직 매우 익숙하면서도 근본적인 질문 하나에 답하지 못했다. 매일 아침 뜨거운 커피가 식는 이 단순한 현상, "왜 뜨거운 것은 식고, 차가운 것은 데워지는가?" 이 질문에 뉴턴의 $F = ma$로 답할 수 있는가? 답할 수 없다. 왜냐하면, 열(heat)과 온도(temperature)의 물리학에는 역학과는 전혀 다른 새로운 이야기가 필요하기 때문이다.

제4권에서 우리는 그 이야기를 시작한다.

1-1. 온도란 무엇인가 — 분자 운동의 척도