“에너지 없이 운동” 영구기관은 가능할까?

창의력 쑥쑥 퀴즈

오늘 아침에도 중요한 뉴스로 나오는 것이 석유 값의 상승이다. 에너지가 국제적인 사건의 머리에 있거나 결말이 되거나 하는 일이 허다하다. 예전부터 사람들은 에너지를 소모하지 않고도 스스로 계속 운동하는 장치를 만들고 싶어했다. 수많은 사람들이 끊임없이 시도하고 실패하면서도 지금도 계속되고 있는 것이 ‘영구기관’을 만드는 꿈이다. 물리학 법칙으로 절대로 불가능하다고 아무리 말을 해 줘도 물리학법칙의 완전성을 의심할 뿐이다. 뉴턴이 물리법칙을 다 완성한 듯 했지만 아인슈타인에 의해 다시 정립되었던 것을 기억하기 때문일 것이다. 전세계적으로 영구기관과 관련된 특허는 지금도 신청되고 있다. 영구기관을 위해 중력·영구자석·부력·공기·공간 에너지·전기 에너지 등 동원되는 방법도 헤아릴 수 없이 많다. 미국은 영구기관과 관련된 특허를 신청할 때는 기관의 도면만으로는 신청을 할 수 없게 했다. 실제로 작동하는 모형을 만들어 제출해야 한다.

영구기관에 대해 처음 나온 문서는 인도 사람 바스카라가 쓴 것이었다. 수은을 담을 수 있는 용기를 테두리에 달고 있는 바퀴였다(그림 왼쪽). 바퀴를 일단 돌리면 축의 한쪽이 항상 무거워서 계속 돌아갈 수 있다는 것이었다. 이것은 인도의 윤회사상을 표현하는 것이었을 수도 있다. 이 생각이 아라비아를 거쳐 유럽에까지 전파된다. 레오나르도 다빈치도 평생을 두고 영구 운동을 하는 기관에 관심을 갖고 실제로 디자인을 고안하기도 했다. 바퀴를 일단 한번 돌리면 경사면의 기울기에 의해 공이 굴러 힘을 가하게 되어 바퀴살을 돌아가게 하고 그것이 끝없이 계속될 수 있다는 것이다(그림 오른쪽). 일리가 있는 이야기이다. 그렇다면 왜 이 기관은 영구 운동이 불가능할까?

문미옥/이화여대 와이즈거점센터 연구교수 [e-mail]

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(지난주 정답)

아리스토텔레스는 제논이 시간을 수많은 ‘지금’으로 이루어져 있다는 것을 부정했다. 물리학적으로 정확하게 이야기하면 화살이 날아가는 것인가 아닌가 하는 문제는 어떤 순간에 어떤 위치에 있는지만으로 완전하게 설명할 수 없다. 한 순간에 화살이 정지해 있는 것이라 하더라도 다음 순간에 화살의 위치가 변해 있다면 움직인 것이다. 위치와 운동량을 모두 알아야 한다. 수학적으로도 화살이 날아갈 때 순간의 시간길이가 영이 되더라도 위치가 변하는 비율은 영이 아니기 때문에 속도를 갖고 운동하는 것으로 결론이 난다. 윌리엄 텔은 우리가 알고 있는 바와 같이 아들의 믿음을 힘입어 어려운 위기를 극복했다. 화살이 날아오는 데 제논의 말을 믿고 피하지 않는다면 큰 일이 날 것이다.