켈빈 경 절대온도, 다윈 진화론을 40년간 흔들었다

스물두 살이 온도계의 바닥을 발견했다

윌리엄 톰슨이 "온도의 최저점이 존재한다"는 걸 증명했을 때, 그의 나이는 고작 스물두 살이었어요.

온도계를 생각해보세요.
영하 10도, 영하 100도, 영하 200도... 계속 내려갈 수 있을까요?
톰슨의 답은 "아니다, 바닥이 있다"였어요.

그 바닥은 영하 273.15도예요.
이 지점에서 원자와 분자는 완전히 멈춰요.
더 이상 움직임이 없으니, 더 이상 차가워질 수도 없는 거예요.

그는 이 온도를 0으로 삼는 새로운 단위를 제안했어요.
지금 우리가 쓰는 켈빈(K), 절대온도 단위가 바로 그거예요.
우주 어디에도 0K 이하의 온도는 존재하지 않아요.

이 발견을 한 해, 그는 글래스고 대학교 교수로도 임용됐어요.
스물두 살 청년이 물리학의 기반 하나를 통째로 세워버린 거죠.

대서양 해저에 깔린 전선이 그를 귀족으로 만들었다

1866년, 톰슨이 기사 작위를 받은 건 열역학 때문이 아니었어요.
전선 덕분이었어요.

영국과 미국 사이에 전신 케이블을 깔자는 계획이 있었어요.
대서양 해저에, 4000킬로미터가 넘는 전선을요.
1858년 첫 시도는 실패했어요. 신호가 너무 약해서 글자 하나 보내는 데 몇 분이 걸렸고, 얼마 못 가 케이블이 끊겼어요.

톰슨은 이 문제를 풀기 위해 거울 검류계를 발명했어요.
거울의 반사각을 이용해 아주 미세한 전기 신호까지 읽어내는 장치예요.
속삭임을 거울로 잡아내는 것처럼요.

결국 1866년 재시도가 성공했어요.
뉴스가 대서양을 건너는 데 3주씩 걸리던 시대가 끝나고, 이제 몇 초면 됐어요.
이 공로로 그는 기사가 됐고, 나중엔 켈빈 남작 작위를 받았어요. "켈빈"은 글래스고 근처를 흐르는 강 이름인데, 그게 오늘날 온도 단위가 된 거예요.

방정식 하나가 다윈을 40년 동안 흔들었다

켈빈이 열역학 방정식 하나로 진화론을 위기에 빠뜨렸어요.
아무도 반박하지 못하는 채로 40년이 흘렀어요.

1859년, 찰스 다윈이 《종의 기원》을 출판했어요.
생물이 긴 시간에 걸쳐 조금씩 변하며 새로운 종이 생긴다는 이론이에요.
문제는 "긴 시간"이 얼마냐였어요. 다윈의 계산으로는 최소 수억 년이 필요했어요.

그런데 켈빈이 계산을 들고 나왔어요.
지구는 처음에 펄펄 끓는 용암이었다가 식어서 지금에 이르렀다.
지금 온도와 냉각 속도로 역산하면 나이를 알 수 있다.

결과는 기껏해야 2000만~4000만 년이었어요.
다윈에게는 악몽이었어요. 진화가 일어나기엔 턱없이 짧은 시간이었거든요.
다윈은 나중에 자서전에서 이렇게 썼어요. "켈빈 경이 제기한 지구 나이 문제는 내가 직면한 가장 심각한 난관 중 하나였다."

하지만 켈빈은 오히려 추정치를 더 낮춰갔어요.
4000만 년에서 2000만 년, 그다음엔 1000만 년으로.
수십 년 동안 생물학자들은 물리학의 언어로 이 숫자를 반박할 방법이 없었어요.

방사능이 발견된 날, 켈빈의 지구는 40억 살이 됐다

켈빈의 계산 자체는 틀리지 않았어요.
단 하나의 가정이 틀렸을 뿐이에요.

1896년, 프랑스 물리학자 앙리 베크렐이 방사능을 발견했어요.
방사능이란 어떤 물질이 스스로 에너지를 내뿜는 현상이에요.
켈빈은 지구가 그냥 식어간다고 가정했지만, 지구 내부에는 방사성 물질이 가득했어요. 그 물질들이 수십억 년째 쉬지 않고 열을 만들고 있었던 거예요.

영국 물리학자 어니스트 러더퍼드는 1904년 왕립학회 강연에서 이 사실을 발표했어요.
그날 청중 맨 앞에 켈빈이 앉아 있었어요.
러더퍼드는 나중에 그 순간을 이렇게 회고했어요. "켈빈 경이 잠든 척하고 있었는데, 내가 방사능 이야기를 꺼내자마자 두 눈을 번쩍 뜨셨어요."

이후 방사성 붕괴 속도를 이용해 측정한 지구의 나이는 약 45억 년이었어요.
켈빈이 말했던 2000만 년의 200배가 넘는 숫자였어요.
다윈이 필요로 했던 시간이 전부 있었던 거예요.

켈빈이 틀린 건 무지 때문이 아니었어요.
당시엔 아무도 방사능이 존재한다는 걸 몰랐어요.
그의 물리학은 완벽했어요. 다만 아직 발견되지 않은 변수가 있었을 뿐이에요.

절대온도의 바닥을 찾아낸 사람이 지구의 나이에서는 바닥을 놓쳤어요.
그렇다면 지금 우리가 당연하게 믿는 어떤 계산에도, 아직 발견되지 않은 변수가 숨어 있지는 않을까요?