열역학

열과 일, 에너지와 엔트로피의 과학

스티븐 베리 지음 | 신석민 옮김

김영사 2021년 04월 01일 출간 종이책 : 2021년 03월 29일 출간

작품소개

책소개

“결코 흔들리지 않을 유일하고 보편적인 이론”
열역학의 기본개념에서 활용 및 발전사까지,
손에 잡히는 열역학 개론서

세계적인 물리화학자 스티븐 베리가 대중을 상대로 쓴 열역학 개론서. 열역학은 열과 일, 에너지와 엔트로피를 다루는 과학으로, “결코 흔들리지 않을 유일하고 보편적인 이론”이라는 아인슈타인의 말처럼 매우 근본적이며, 냉장고와 에어컨에서 보듯 우리의 일상에 깊이 스며들어 있고, 인류 역사의 큰 변곡점이 된 산업혁명이 증기기관과 함께 시작되었다는 사실로 알 수 있듯 오랜 역사를 지닌 분야이다. 그러다 보니 과학 교양서는 물론이고 사회학, 경제학 등 다양한 분야에서 ‘열역학’이나 ‘엔트로피’라는 말을 쉽게 접할 수 있는데, 이를 단독으로 다루는 과학책은 거의 전공서나 청소년책뿐이라 관심 있는 일반 독자들을 위한 입문서는 찾기 어려웠다.
학부생과 일반 성인을 대상으로 오랫동안 열역학 강의를 해온 저자는 이 책에서 열역학이 무엇인지, 왜 시간을 거슬러 돌아갈 수 없는지, 열역학을 어디에 어떻게 사용하는지, 열역학은 어떻게 발전해왔으며 앞으로 어떤 과제가 남아 있는지, 열역학 법칙들이 위반되는 경우도 있는지와 같은 질문들을 과학적 지식이 많지 않은 사람도 이해할 수 있도록 쉽고 명료하게 설명한다. 열역학의 기본개념에서 활용 및 발전사까지, 열역학에 관한 필수 지식과 더불어 과학 자체에 대한 통찰도 얻을 수 있는 책이다.

목차

머리말

1장 열역학이란 무엇인가?(제1법칙)
2장 왜 시간을 거슬러 돌아갈 수 없는가?(제2법칙과 제3법칙)
3장 고전적인 열역학은 어떻게 생겨났는가?
4장 열역학을 어떻게 사용하는가, 혹은 사용할 수 있는가?
5장 열역학은 어떻게 진화해왔는가?
6장 열역학의 전통적인 범위를 어떻게 넘어설 수 있는가?
7장 열역학은 과학에 관해 무엇을 가르쳐줄 수 있는가?

옮긴이의 말
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출판사 서평

“열역학은 그 틀 안에서 우주의 모든 것을 다룰 수 있는 유일한 물리 이론이다. 결코 흔들리지 않을 것이다.” _알베르트 아인슈타인

초미세 입자에서 은하계 전체에 이르기까지
우주에서 관찰되는 모든 것에 적용되는 이론
열역학의 핵심을 알려주는 한 권의 책
과학에 큰 관심이 없더라도 ‘열역학’이나 ‘엔트로피’라는 말을 들어보지 못한 사람은 별로 없을 것이다. 열역학은 말 그대로 ‘열’과 ‘일’의 관계에 관한 학문으로, 초미세 입자에서 은하계 전체에 이르기까지 우주에서 관찰되는 모든 것에 적용되는 과학이다. “결코 흔들리지 않을 유일하고 보편적인 이론”이라는 아인슈타인의 말처럼 열역학은 매우 근본적이며, 냉장고와 에어컨에서 보듯 우리의 일상에 깊이 스며들어 있고, 인류 역사의 큰 변곡점이 된 산업혁명이 증기기관과 함께 시작되었다는 사실로 알 수 있듯 역사 또한 긴 분야이다. 이처럼 역사도 길고, 일상에 깊이 스며들어 있으며, 근본적인 분야인데도 불구하고, 열역학 관련 도서는 전공서이거나 청소년 도서뿐이라 열역학에 관심 있는 일반 독자를 위한 입문서는 찾기 어려웠다. 심지어는 과학책으로 보기 어려운 도서가 ‘엔트로피’라는 제목 때문에 서점의 과학 매대를 오랫동안 지키고 있기도 했다.
세계적인 물리화학자 스티븐 베리가 지은 이 작은 책에는 학부생과 일반 성인을 상대로 오랫동안 열역학 강의를 해온 노학자의 강의 노하우가 담겨 있다. 저자는 열역학 개념을 과학적으로 명확하게 잡고 논의를 이어가기 위해 열역학의 역사가 아니라 곧바로 열역학의 세 가지 법칙에 관해 설명한다. 저자는 이 책을 통해 열역학이 무엇인지, 우리는 그것을 어떻게 사용하는지, 열역학은 어떻게 존재하게 되었는지, 어떻게 발전해왔는지를 명쾌하고 간결하게 보여준다. 그런데 여기서 ‘열역학’은 ‘과학’의 다른 이름이기도 해서, 독자는 열역학에 대한 필수 지식에 더해 과학 자체에 관한 질문들, 과학이 무엇인지, 과학은 무슨 일을 하며 우리가 그것을 어떻게 이용하는지, 과학이라는 것이 어떻게 발전해가는지까지 알 수 있을 것이다.

“열역학 제2법칙을 설명할 수 있습니까?”
철스 퍼시 스노가 촉발한 ‘두 문화’ 논쟁에서 비롯된
세계적인 과학자의 명쾌하고 친절한 열역학 가이드
저자 스티븐 베리가 이 책을 쓰게 된 결정적 계기는 영국의 물리화학자이자 소설가 찰스 퍼시 스노의 유명한 ‘두 문화’ 논쟁과 관련이 있다. 1959년 케임브리지대학교에서 강연한 내용을 토대로 같은 해에 출간된 《두 문화와 과학혁명》이라는 책에서 스노는 과학자 문화와 인문학자 문화 사이의 괴리와 몰이해, 소통 부재를 언급하며 ‘열역학 제2법칙’을 예로 들었다. 스노에 따르면 “열역학 제2법칙을 설명할 수 있습니까?”라는 질문은 문학계에서 “셰익스피어의 작품을 읽은 적이 있습니까?”라는 질문에 해당한다. 스노의 ‘두 문화’ 강연과 책은 전 세계적으로 큰 반향을 일으켰다. ‘두 문화’라는 말은 관용어가 되었고, 지속적이고 강도 높은 논쟁이 이어졌다. 그런데 ‘두 문화’ 자체에 대한 논쟁과는 별개로, 저자는 1964년에 출간된 개정 증보판 《두 문화: 그 후의 고찰》에서 ‘열역학 제2법칙’이 ‘현대 생물학’으로 바뀌었다는 점에 주목한다. “그 당시에도 나는 이런 수정에 동의하지 않았지만, 생물학이 발전함에 따라 지금은 그의 처음 생각이 옳았다는 것이 명백해졌다. 왜냐하면 오늘날 생물학을 이해하려면 많은, 정말 많은 사실을 배워야 하지만 열역학을 이해하기 위해서는 그저 몇 가지 사실만 알면 되기 때문이다. 열역학은 현대 생물학처럼 방대한 양의 정보에 기반한 체계적인 추론보다는 몇 가지 개념에 뿌리를 둔 학문이다.”(6쪽) 저자는 누구나 가지고 있는 열과 온도에 대한 직관적인 느낌을 바탕으로, 명쾌하고 친절하게 열역학의 기본개념들을 차근차근 설명해나간다. 나아가 열역학에 남아 있는 질문들도 간단히 살펴본다. 이 책을 마지막으로 2020년 여름 세상을 떠난 저자의 출간 인터뷰에서, 우리는 과학에 대한 그의 애정을 엿볼 수 있다. "내가 대학원에 다닐 때는 아무도 열역학을 공부하고 싶어하지 않았다. 열역학에 관한 모든 질문이 던져져 이미 탐구되었고, 남아 있는 질문은 없다고 생각했기 때문이다. 하지만 내가 연구한 ’유한 시간 열역학‘은 그 생각이 얼마나 잘못되었고 어리석었는지를 보여준다. 과학은 닫히지 않는다. 그것이 과학이 재밌는 이유이다.“(〈유시카고 뉴스〉, 2019. 4. 26.)

열역학의 기본개념에서 활용 및 발전사까지
손에 잡히는 열역학 개론서
이 책은 총 7장으로 구성되어 있다. 각 장에서 다루는 내용을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
1장 ‘열역학이란 무엇인가?’에서는 온도, 압력, 부피, 열, 일, 에너지, 평형, 엔트로피 등 열역학의 기본

작가정보

저자(글) 스티븐 베리

저자 : 스티븐 베리
R. Stephen Berry 1931~2020
미국 물리화학자. 이론과 실험 분야 모두에서 중요한 발견을 한 ‘르네상스형 과학자’로, 하버드대학교에서 박사학위를 받고 미시간대학교, 예일대학교를 거쳐 1964년부터 시카고대학교에서 가르쳤다. 코펜하겐대학교, 파리11대학교, 옥스퍼드대학교에서 초빙 교수로 재직했으며 예술과학아카데미 부회장, 국립과학아카데미 국내담당 이사를 역임했다. 미국 최초의 국립연구소인 아르곤국립연구소에서 특별 고문을 맡기도 했다. 1971년 구겐하임 펠로, 1983년 맥아더 펠로에 선정되었다. 영국 왕립화학회, 미국 화학회, 미국 물리학회, 미국 철학회 회원이었다. 주요 연구 분야는 클러스터 및 바이오 폴리머의 구조와 특성, 동역학, 열역학이며, 특히 무한히 느린 이상적인 속도가 아닌 실제 속도로 작동하는 시스템의 최적 성능을 연구하여 ‘유한-시간 열역학’을 발전시켰다. 전통적인 과학 연구 외에도 에너지 정책, 과학의 무결성 문제, 과학이 정부의 정책에 미치는 영향, 과학 교육 분야에 기여했으며, 공저로 여러 전공서를 집필했다. 2020년 7월 세상을 떠났다.

역자 : 신석민
서울대학교 자연과학대학 화학부 교수. 생명현상의 이해와 신재료 개발의 근본이 되는 다양한 분자시스템의 기능을 탐구하기 위해 이론물리화학 및 계산화학을 연구하고 있다. 서울대학교 교무처장, BK 화학분자공학사업단 단장, EDISON 계산화학 전문센터장 등을 역임했으며, 대한화학회에서 수여하는 젊은물리화학자상과 입재물리화학상을 수상했다. 함께 지은 책으로 《생명의 화학, 삶의 화학》이, 함께 옮긴 책으로 《물리화학: 양자, 물질, 변화》가 있다.

번역 신석민