Why don't perpetual motion machines ever work? - Netta Schramm

번역: Joon Yeop Kim 검토: Dong-ju Kim

Around 1159 A.D.,

서기 1159년 경에

a mathematician called Bhaskara the Learned

바스카라라는 이름의 수학자가

sketched a design for a wheel containing curved reservoirs of mercury.

수은을 담은 곡선 모양의 통이 있는 바퀴 도안을 그렸습니다.

He reasoned that as the wheels spun,

그의 생각에, 바퀴가 돌면

the mercury would flow to the bottom of each reservoir,

통 안의 수은이 바닥 쪽으로 흘러서

leaving one side of the wheel perpetually heavier than the other.

바퀴 한쪽이 늘 다른 쪽 보다 무거워지고

The imbalance would keep the wheel turning forever.

그 불균형으로 바퀴가 영원히 돌 거라고 추측했죠.

Bhaskara's drawing was one of the earliest designs

바스카라의 도안은 영구기관의 초기 디자인 중 하나였습니다.

for a perpetual motion machine,

외부에서 힘을 공급받지 않고도 영원히 움직이는 기관이죠.

a device that can do work indefinitely without any external energy source.

Imagine a windmill that produced the breeze it needed to keep rotating.

풍차를 돌리기 위해 필요한 바람을 풍차가 직접 만든다고 상상해보세요.

Or a lightbulb whose glow provided its own electricity.

또는 자기가 내는 빛으로 전력을 공급받는 전구도 있겠죠.

These devices have captured many inventors' imaginations

이런 장치들은 많은 발명가들의 상상력을 불러일으켰습니다.

because they could transform our relationship with energy.

이런 기관들은 인간과 에너지와의 관계를 바꾸어 놓을 수 있기 때문이죠.

For example, if you could build a perpetual motion machine

예를 들자면, 어느 영구기관을 만들어서

that included humans as part of its perfectly efficient system,

완벽하게 효율적인 시스템의 일부로 인간을 포함시킬 수 있다면

it could sustain life indefinitely.

인간의 생명을 영원히 유지할 수 있을 것입니다.

There's just one problem.

그런데 단 한 가지 문제가 있습니다.

They don't work.

작동하지 않는다는 것이죠.

Ideas for perpetual motion machines

모든 영구기관에 대한 개념은

all violate one or more fundamental laws of thermodynamics,

적어도 하나의 열역학 기본 법칙을 위반합니다.

the branch of physics that describes the relationship

이 법칙은 물리학의 한 분야로서

다른 종류의 에너지들 사이의 관계를 정의하는 법칙입니다.

between different forms of energy.

The first law of thermodynamics says that energy can't be created or destroyed.

열역학 제1법칙에 따르면 에너지는 생성되거나 없어질 수 없습니다.

You can't get out more energy than you put in.

처음 투입한 것 이상의 에너지가 나올 수 없다는 것이죠.

That rules out a useful perpetual motion machine right away

이 법칙 때문에 유용한 영구기관은 존재하지 않습니다.

because a machine could only ever produce as much energy as it consumed.

기계는 오직 자신이 받은 만큼의 에너지만 생산할 수 있기 때문이죠.

There wouldn't be any left over to power a car or charge a phone.

자동차 시동을 걸거나 휴대폰을 충전할 전력이 새로 나오진 않을 것입니다.

But what if you just wanted the machine to keep itself moving?

하지만 기계가 계속 움직이게만 하는 것은 어떨까요?

Inventors have proposed plenty of ideas.

발명가들은 여러 아이디어를 제안했죠.

Several of these have been variations on Bhaskara's over-balanced wheel

그 중 몇몇은 바스카라의 불균형 바퀴를 변형한 것이었습니다.

with rolling balls or weights on swinging arms.

굴러가는 공이나 회전 막대에 달린 추를 이용하는 방법이지만

None of them work.

어느 것도 작동하지 않습니다.

The moving parts that make one side of the wheel heavier

이동하는 부분은 바퀴의 한쪽을 무겁게 만들기도 하지만

also shift its center of mass downward below the axle.

무게 중심을 회전축보다 아래쪽으로 옮기기도 합니다.

With a low center of mass,

무게중심이 낮아지면

the wheel just swings back and forth like a pendulum,

바퀴는 그저 진자처럼 앞뒤로 왔다 갔다 하다가

then stops.

멈추어 버립니다.

What about a different approach?

그렇다면 달리 접근해볼까요?

In the 17th century, Robert Boyle came up with an idea

17세기에 로버트 보일은 새로운 아이디어를 생각해냅니다.

for a self-watering pot.

스스로 물을 공급하는 항아리죠.

He theorized that capillary action,

그의 이론에 따르면

액체와 물체 표면 사이에 발생하는 인력인 모세관 현상에 의해

the attraction between liquids and surfaces

that pulls water through thin tubes,

가는 관 속으로 물이 빨려 올라가면서

might keep the water cycling around the bowl.

그릇에서 물이 끊임없이 순환하도록 할 수 있다는 것입니다.

But if the capillary action is strong enough to overcome gravity

하지만 만약 모세관 활동이 중력을 극복하고

and draw the water up,

물을 빨아올릴 정도라면

it would also prevent it from falling back into the bowl.

물이 다시 그릇 안으로 떨어지는 것도 막을 것입니다.

Then there are versions with magnets, like this set of ramps.

자석을 사용한 경우도 있습니다. 이 한쌍의 경사로와 같이 말이죠.

The ball is supposed to be pulled upwards by the magnet at the top,

꼭대기의 자석에 의해 공이 위로 끌려올라갔다가

fall back down through the hole,

구멍으로 떨어집니다.

and repeat the cycle.

이 순환이 반복되는 것이죠.

This one fails because like the self-watering pot,

스스로 물을 채우는 항아리처럼 이 장치도 실패합니다.

the magnet would simply hold the ball at the top.

자석이 공을 꼭대기에 붙잡아 놓기만 하기 때문이죠.

Even if it somehow did keep moving,

어떻게 해서 작동한다고 하더라도

the magnet's strength would degrade over time

시간이 흐르면 자석의 세기가 줄어들어

and eventually stop working.

결국은 작동을 멈추게 됩니다.

For each of these machines to keep moving,

이런 영구기관들이 계속 작동하려면

they'd have to create some extra energy

추가적인 에너지를 만들어서

to nudge the system past its stopping point,

장치가 멈추는 경계점을 뛰어넘어야 합니다.

breaking the first law of thermodynamics.

열역학 제1법칙을 위반하는 것이죠.

There are ones that seem to keep going,

몇몇은 작동하는 것처럼 보이는 것도 있습니다.

but in reality, they invariably turn out to be drawing energy

하지만 실제로는 하나같이 에너지를

from some external source.

외부에서 끌어오는 것으로 드러납니다.

Even if engineers could somehow design a machine

비록 기술자들이 열역학 제1법칙을 위반하지 않는 기계를

that didn't violate the first law of thermodynamics,

설계할 수 있다고 하더라도

it still wouldn't work in the real world because of the second law.

여전히 현실에선 작동하지 않습니다. 열역학 제2법칙 때문이죠.

The second law of thermodynamics

열역학 제2법칙에 따르면

tells us that energy tends to spread out through processes like friction.

마찰 등의 과정에서 에너지가 분산됩니다.

Any real machine would have moving parts

실제 영구기관은 움직이는 부분이나

or interactions with air or liquid molecules

공기 또는 물 분자와 상호작용하게 될 것이며

that would generate tiny amounts of friction and heat,

약간의 마찰과 열을 발생하게 됩니다.

even in a vacuum.

이는 진공 상태에서도 마찬가지죠.

That heat is energy escaping,

그 발생된 열이 바로 에너지 손실입니다.

and it would keep leeching out,

그 때문에 에너지가 계속 소실됩니다.

reducing the energy available to move the system itself

장치를 움직일 수 있는 에너지의 양이 줄어들게 되고

until the machine inevitably stopped.

결국 장치는 작동을 멈추게 됩니다.

So far, these two laws of thermodynamics

지금까지 이 두 가지 열역학 법칙들이

have stymied every idea for perpetual motion

영구기관에 대한 모든 아이디어와

and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply.

완벽한 효율적 에너지 생산의 꿈을 방해하였습니다.

Yet it's hard to conclusively say we'll never discover a perpetual motion machine

하지만 영구기관은 절대로 없다고 단정짓기는 어렵습니다.

because there's still so much we don't understand about the universe.

왜냐하면 우주엔 아직도 우리가 모르는 것들이

너무나 많기 때문이죠.

Perhaps we'll find new exotic forms of matter

어쩌면 전혀 새로운 형태의 물질을 발견해서

that'll force us to revisit the laws of thermodynamics.

열역학 법칙을 수정해야 할지도 모릅니다.

Or maybe there's perpetual motion on tiny quantum scales.

아니면 양자 단위에선 영구기관이 있을지도 모르죠.

What we can be reasonably sure about is that we'll never stop looking.

확신할 수 있는 것은 우리가 연구를 멈추지 않을 것이란 사실입니다.

For now, the one thing that seems truly perpetual is our search.

현재로서는 진정으로 영구적인 것은 우리의 탐구뿐인 것 같습니다.