1-4. 에너지 보존법칙 — 에너지는 사라지지 않고 형태만 바꾼다

지금까지의 이야기: 우리는 에너지가 "일을 할 수 있는 능력"이라는 것(1-1), 움직이는 물체에 담긴 운동 에너지(1-2), 그리고 높은 곳이나 당겨진 상태에 숨어 있는 퍼텐셜 에너지(1-3)를 알아봤어. 이제 이 모든 것을 하나로 묶어주는, 물리학에서 가장 중요한 법칙을 만날 차례야. 이 법칙은 너무나 강력해서, 물리학자들은 이것을 "깨뜨릴 수 없는 우주의 규칙"이라고 불러.

영구기관의 꿈 — 왜 아무도 성공하지 못했을까?

수백 년 동안 수많은 발명가, 엔지니어, 천재들이 하나의 꿈을 좇았어.

"한 번 켜면 영원히 돌아가는 기계를 만들자!"

생각해봐. 한 번 스위치만 넣으면 전기를 넣지 않아도, 연료를 넣지 않아도, 영원히 혼자서 돌아가는 기계. 이런 기계가 있으면 세상의 에너지 문제가 완전히 해결되잖아!

이런 기계를 영구기관(영문: perpetual motion machine)이라고 불러. 한자로 "영구(永久) + 기관(機關)"이니까, "영원히 작동하는 장치"라는 뜻이야.

역사적으로 수천 가지의 영구기관이 설계되었어. 자석을 이용한 것, 물의 흐름을 이용한 것, 무거운 추를 이용한 것... 아주 똑똑한 사람들이 아주 정교한 설계를 했지.

그런데 결과는?

단 하나도 성공하지 못했어. 단 한 번도.

왜 그럴까? 설계가 부족해서? 기술이 부족해서? 아니야. 아무리 기술이 발전해도, 아무리 천재가 도전해도, 영구기관은 절대로 만들 수 없어. 그 이유는 자연의 가장 깊은 곳에 숨어 있는 하나의 법칙 때문이야.

바로 에너지 보존법칙이야.

💡 놀라운 사실! 영구기관에 대한 사기가 하도 많았기 때문에, 미국 특허청은 1911년부터 영구기관에 대한 특허 출원을 거부하기 시작했어. 프랑스 과학원은 이보다 훨씬 앞선 1775년에 이미 "영구기관은 불가능하다"고 선언했고, 영구기관 관련 제안서를 아예 받지 않겠다고 했지. 물리학이 불가능하다고 말하면, 정말로 불가능한 거야!