에너지는 언제나 보존된다.
아인슈타인, 질량과 에너지를 다르지 않은 것으로 인식하다
닫힌계(closed system)에서 에너지의 총합은 일정하다.
우리가 아무리 힘을 써도 태초에 만들어진 에너지에서 단 0.1 칼로리(cal)도 보탤 수도 뺄 수도 없다. 에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으로 전달될 뿐 만들어지거나 사라지지 않는다.
높은 곳에서 떨어지는 것은 중력에 의한 위치에너지가 운동에너지로 변환되는 것뿐이고, 화약 폭발로 총알이 발사되는 것은 화학에너지가 총알의 운동에너지로 변환되는 것일 뿐이다. 어떠한 에너지의 증감도 일어나지 않는다. 그러므로 외부 동력원 없이도 내부 순환 에너지만으로 항구적으로 작동하는 영구기관을 만들고자 하는 모든 꿈과 시도는 헛되이 끝났다. 열정과 노력과는 상관없이 실패할 운명이었다. 제1종 영구기관은 이 법칙에 따라 불가능하다.
하지만 수많은 사람들은 이 꿈을 좇아서 청춘을 낭비했고, 또 많은 사람들은 그럴싸한 유혹에 혹해서 돈을 날렸다.
에너지 보존법칙과 마찬가지로 화학에서는 질량보존의 법칙이 있다. '닫힌계에서 반응 전후의 질량은 상태변화에 관계없이 동일하다'는 것이다. '물질은 태초의 질량에서 단 1 그램도 변하지 않는다'인데, 우리가 일반적으로 다루는 화학반응에서만 여전히 유효한 법칙으로 남아 있다.
질량보존법칙은 아인슈타인의 특수상대성이론이 발표된 이후 질량-에너지 보존법칙으로 확장되어 존재한다. 특수상대성이론에 따라 질량은 에너지가 될 수 있고, 에너지는 질량으로 전환될 수 있다.
위대한 법칙, E= mc²
아인슈타인의 위대함은 그 이전까지는 별개의 영역으로 구분되어 결코 만날 일이 없었던 두 세계가 실은 다르지 않다는 것을 증명한데 있다. 그는 질량의 영역과 에너지의 영역에서 일어나는 현상을 하나의 수식에 통합했다. 에너지와 질량이라는 두 변수를 빛의 속도(c)라는 상수로 연결한 것이다.
상상 속의 SF에서는 빛의 속도보다 빠른 우주선이 존재하고, 그래서 타임머신도 그려내고 있지만 현실의 세계에선 절대 넘어설 수 없는 빛의 속도에 기대어 거대한 산업이 만들어졌다. 원자력 발전소와 방사선 계측기 시장이다. 우리나라의 값싼 전기는 상당 부분 원자력 발전소의 혜택이다. 우리 몸의 진단 또한 상당 부분 질량 붕괴로 발생하는 핵에너지에 의존하고 있다. 빛이 있어 두 세계가 연결되었다.
빅뱅 이후의 우주가 형성되면서 하나둘씩 현재 우주를 구성하는 질서가 정해졌다. 우리가 알고 있는 우주 상수값, 도달할 수 없는 한계인 빛의 속도, 절대 영도가 그때 결정되었다. 수소에서 시작한 별은 초신성에 이르러 점점 더 무거운 원소를 만든다. E= mc² 가 있기에 현재의 우주가 무(?)에서 만들어졌다는 황당한(?) 주장도 믿을 수밖에 없다.
그럼에도 불구하고 에너지는 보존된다.
