2-1. 제1법칙: 에너지 보존 — 에너지는 형태만 바꾼다

영원히 돌아가는 기계를 만들 수 있을까?

수천 년 동안 사람들은 꿈을 꾸었다. 아무런 연료도 넣지 않고 영원히 돌아가는 기계 — 이른바 '영구기관(perpetual motion machine)'을 만드는 꿈이었다.

생각해 보라. 만약 그런 기계가 존재한다면? 전기료 걱정도, 에너지 위기도, 환경오염도 모두 사라질 것이다. 중세 유럽에서부터 르네상스 시대까지, 수많은 발명가와 과학자들이 온갖 기발한 설계를 시도했다. 바퀴에 추를 달아 무게 차이로 영원히 회전하게 하거나, 물이 스스로 높은 곳으로 올라가 다시 떨어지는 장치를 고안하기도 했다.

그런데 놀라운 것은, 단 하나도 성공하지 못했다는 사실이다. 단 한 번도. 수백 년간, 수천 가지 설계 중에서. 왜?

이 질문에 대한 답이 바로 이 절에서 다룰 열역학 제1법칙이다. 그리고 이 법칙은 사실, 우리가 이미 잘 아는 원리의 확장판이다.