절대온도 (Absolute Zero) [2부작]

 

다큐소개 : Science Documentary narrated by Simon Schaffer and published by BBC in 2007

불과 열의 사용법을 터득한 것은 인류 문명 최대의 업적으로 일컬어진다. 하지만 냉기의 정복도 그에 못지 않은 장엄한 여정이다. 그 시작은 어두웠으나, 마침내 첨단의 극저온 기술에 이르렀다. 과거 수 세기 동안, 냉기는 곤혹스러운 수수께끼였다. 누구도 그 실체를 이해하지 못했으며 이것을 이용한다는 것은 더욱 힘들었다. 그러나 최근 100년간, 냉기는 인간의 일과 생활을 바꾸어놓았다. 냉장고와 냉동식품이 없는 가정이나 슈퍼마켓, 냉방 시설이 없는 고층 건물, 액체 산소를 이용하지 못하는 병원은 상상도 할 수 없게 되었다. 지금은 당연하게 여겨지는 냉기를 다루는 기술 덕분에 밖으로는 우주를 탐사하고, 안으로는 우리의 뇌를 들여다 볼 수 있게 되었다. 또한, 최첨단 극저온 기술을 통한 양자 컴퓨터와 고속 네트워크는 인간이 사고하고 교류하는 방식마저 변화시키게 될 수도 있다. 이것은 지난 4세기에 걸쳐 과학자와 몽상가들이 점점 더 낮은 온도를 만들어내기 위해 뛰어들어 냉기를 정복하고 우리의 삶을 풍요롭게 하며 나아가 저온의 궁극적인 한계에 도전한 이야기이다. 빛의 속도만큼이나 따라잡기 힘든, 성배와도 같은 이 한계점은 절대 영도이다.

절대온도란 ? 물질의 특이성에 의존하지 않는 절대적인 온도를 가리킨다. 1848년 켈빈이 도입하였으며, 켈빈온도 또는 열역학적 온도라고도 한다. 통계역학적으로 엔트로피를 알면 절대온도 T를 구할 수 있다. 1848년 켈빈(W.톰슨)이 도입하였다. 기호는 K(켈빈)으로 표시한다. 열역학 제2법칙에 따라 정해진 온도로, 이론상 생각할 수 있는 최저온도를 기준으로 하여 온도단위를 갖는 온도를 말한다. 국제도량형위원회는 모든 온도 측정의 기준으로 절대온도를 채택하고 있다. 섭씨온도의 경우 1기압에서 물의 어는점을 0℃로, 끓는점을 100℃로 하여 그 사이를 100등분한 온도로 물의 특이성을 이용하여 온도를 나타낸다. 화씨온도의 경우에도 1기압에서 물의 어는점을 32℉, 끓는점을 212℉로 정하고, 이를 180 등분한 온도로 물의 특이성을 이용하여 나타내고 있다. 하지만 절대온도는 물질의 성질에 의존하지 않는다. 절대온도 외의 대부분의 온도는 상대적인 개념을 갖고 만들었기 때문에 과학적인 계산을 하기에 무리가 따른다. 쉽게 말하면 10℃의 2배를 20℃로 볼 수 없다. 하지만, 절대온도의 경우엔 100K의 2배는 200K으로 보아도 무방하다. 이는 다양한 과학 공식에서 쉽게 확인할 수 있다. 절대온도의 눈금 간격은 섭씨온도와 같다. 그리고 절대영도는 섭씨로 -273.15℃이다. 따라서 섭씨온도 Tc(℃)와 절대온도 T(K) 사이에는 다음의 관계가 성립한다. Tc = T - 273.15 절대온도로 물의 어는점은 273.15K, 끓는점은 373.15K이다. [출처] 절대온도 | 두산백과

This two-part scientific detective tale tells the story of a remarkable group of pioneers who wanted to reach the ultimate extreme: absolute zero, a place so cold that the physical world as we know it doesn't exist, electricity flows without resistance, fluids defy gravity and the speed of light can be reduced to 38 miles per hour.

Each film features a strange cast of eccentric characters, including: Clarence Birds Eye; Frederic 'Ice King' Tudor, who founded an empire harvesting ice; and James Dewar, who almost drove himself crazy by trying to liquefy hydrogen.

Absolute zero became the Holy Grail of temperature physicists and is considered the gateway to many new technologies, such as nano-construction, neurological networks and quantum computing. The possibilities, it seems, are limitless.

Interesting links:  

 

1부. 냉기의 정복 (Conquest of Cold) : 극한의 추위는 인간의 상상력에서 늘 특별한 자리를 차지했다. 오랜 세월 동안, 추위는 죽음과 어둠을 몰고 다니는 사악한 힘으로 여겨졌다. 냉기는 설명할 수 없는 현상이었다. 그것은 과연 물질인가, 과정인가, 아니면 어떤 특별한 존재인가? 17세기에는 아무도 알지 못했다. 그래도 런던의 쌀쌀한 겨울 날씨에서 냉기의 영향만큼은 확실히 느껴졌다. (17세기 영국은 소위 소빙기(小氷期)*의 한복판에 있었습니다. * 16~19세기 북반구 기온이 낮아졌던 시기 요즘 기준으로는 환상적으로 추운 날씨였죠. 사이먼 샤퍼 - 케임브리지 대학, 불이 아니었다면 대부분의 사람들에게 거의 언제나 추운 세상이었죠 추위는 그 자체로 어떤 실재감을 주었고, 사람들이 느낄 수 있고 실체가 있는 존재처럼 보였습니다 이것은 고대 그리스의 아리스토텔레스 이래로 이어진 자연철학의 가장 정통적인 견해와 잘 들어맞았습니다 그것은, 열과 냉기라는 두 존재가 있다는 것입니다 둘의 기능은 대칭적이죠. 서로 합쳐질수도, 나눠질수도 있습니다.) 그때의 사람들은 추위에 손쓸 도리가 없었다. 자연의 힘을 신의 행위로 간주하며 두려워하던 시대였기 때문이다. 감히 냉기를 가지고 장난치는 사람은 스스로 위험을 감수해야만 했다. 이를 최초로 시도한 사람은 연금술사 코넬리우스 드레블이었다. 1620년 어느 더운 여름날, 제임스 1세 왕과 그의 측근들이 기상천외한 사건을 체험하기 위해 도착했다.   2부. 절대온도를 향한 질주 (Race for Absolute Zero) : 남극으로 모험을 떠난 탐험가들은 지구에서 가장 낮은 온도, 영하 80도의 추위를 경험했다. 그러나 이것도 궁극의 한계점인 절대 영도, 섭씨 영하 273도에 비하면 아무것도 아니다. 오직 실험실에서나, 기체를 액화시키는 방법으로 열에너지가 완전히 사라지는 절대 영도의 성배를 향한 모험을 시작할 수 있었다. 이 경주의 선두 그룹 가운데 한 명은 제임스 듀어로, 런던의 왕립 연구소 교수였다 .. 우리 시대의 가장 위대한 과학 업적이 될.. 그는 1891년, 마이클 패러데이 탄생 100주년을 기념하여 놀라운 극저온의 세계를 주제로 유명한 금요일밤 과학 강연을 열었다. (절대 온도 5도 이하까지 내려갈 수 있다면 이는 과학 탐구의 새로운 경지를 열어 물질의 성질에 관한 지식에 엄청난 보탬이 될 것입니다 사이먼 샤퍼 - 케임브리지 대학, 제임스 듀어는 빈틈없는 성격에, 의욕이 넘치는 사이먼 샤퍼 - 케임브리지 대학, 실용주의적 성향의 스코틀랜드 과학자였습니다 훌륭하게 짜여진 그의 강연은 대성황을 이루었고 동료들과 유료 관객들이 자연의 신비를 한껏 맛보게 해 줬죠. 이것은 고무공입니다. 보시다시피 잘 튀죠. 이걸 액체 산소에 몇초 담그면 어떻게 되는지 볼까요.) 듀어는 연구를 위해 진공 플라스크를 발명했는데 이것은 지금도 '듀어'라는 이름으로 불린다.

 

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