영구기관이 불가능한 이유

과거부터 현재까지, 수학과 자연과학의 분야마다 최소 한종류씩 돌팔이들의 헛소리인 래퍼토리가 하나씩 있습니다.

 

수학: 각의 삼등분 작도, 물리학: 영구기관, 화학: 음이온, 수소수, 물은 답을 알고있다

 

생물학: 진화론 부정, 백신음모론, 지구과학: 지구평평설, 지구 공동설

 

이렇게 막상 나열 해 보니 꽤나 많습니다..

 

 

여튼 이 중에서, 영구기관 이야기를 하겠습니다. 정확히는 에너지보존법칙을 위반하는 제1종 영구기관(스스로 에너지를 만들어내는 영구기관)입니다. 

 

 

자칭 발명가들이 영구기관을 발명했다고 들이밀면, 일단 물리학자들 대부분이 거품을 물고 화를 내게 됩니다. 왜 그런가.. 물리학자들이 에너지보존법칙을 발견한 헬름홀츠, 줄, 마이어를 숭배하기 때문은 아닐지..

 

물론 그런 이유가 아니라, 에너지보존법칙은 사람들의 생각보다 훨씬 깨지기 어렵기 때문입니다.

 

그 이유를 설명하려면 독일의 수학자 에미 뇌터가 등장합니다. 특이하게 정말 찾아보기 힘든 여성 수학자중 한 명 입니다. 

 

에미 뇌터가 발표한 뇌터 정리의 간략한내용은 다음과 같습니다. “어떤 물리계에 연속적인 대칭이 있으면 보존되는 물리량이 존재한다.”

 

여기서 ‘연속적’이라는 건 예를 들면 관찰자의 위치를 바꾼다든지, 좌표축을 회전시키는 거고, 좌우를 뒤집거나 시간을 뒤집는건 불연속적입니다.

 

연속적 대칭성과 그에 따른 보존법칙은 다음과 같습니다.

 

 

공간이동대칭 <-> 운동량보존

 

회전대칭 <-> 각운동량보존

 

게이지대칭 <-> 전하량보존

 

시간대칭 <-> 에너지보존

 

그러므로 에너지보존법칙이 깨지는 걸 보여준다면, 물리법칙이 시간에 따라 변한다는 것을 증명한다는 것이나 마찬가지 입니다.

 

거기다 날마다 만유인력법칙이 바뀐다면... 상상하기도 힘든 일들이 벌어질텐데, 그렇기에 영구기관을 만드는 건 그만큼 불가능에 가깝습니다.

 

괜히 과학자들이 누군가 영구기관을 만든다면, 노벨상 같은 건 아무것도 아니라고 하는 게 아닙니다.

 

다만 시간대칭이 깨지는 상황을 생각하면 영구기관은 나름대로 간단히 만들 수 있습니다.

 

예를들어, 중력의 방향이 하루마다 뒤집힌다면 물이 올라가고 떨어지고를 반복할테니, 물레방아만으로도 영구기관을 만들 수 있습니다.

 

 

정리하면

 

1. (연속적)대칭성이 있으면 그에 대응하는 보존법칙이 존재한다.

2. 시간대칭에는 에너지보존이 대응된다. 즉 영구기관을 만들면 물리법칙이 시간에 따라 바뀐다는 걸 증명한 셈이다.

3. 정말 영구기관을 만든다면 역대 물리학자들의 발견을 무시하고 위대한 과학자로 길이길이 기록됩니다.