온도계마다 '0도'가 달랐던 혼란의 시대

만약 수학 시험에서 선생님마다 '100점 만점'의 기준이 다르다면 어떨까요? A 선생님은 맞춤법까지 봐서 100점이고, B 선생님은 풀이 과정만 봐서 100점이에요. 성적표를 받아도 내가 진짜 잘한 건지 알 수가 없겠죠. 1800년대 과학자들이 딱 이 꼴이었어요.

그때 온도를 재는 기준이 여러 개였거든요. 섭씨(°C)는 물이 어는 점을 0도로 잡았고, 화씨(°F)는 소금물이 어는 점을 0도로 잡았어요. 둘 다 사람이 편의상 정한 기준이라, '진짜 가장 차가운 온도'가 뭔지는 아무도 몰랐어요. 영하 100도? 영하 1000도? 끝없이 추워질 수 있는 건지, 어딘가에 바닥이 있는 건지 답이 없었죠.

과학자들은 열이 뭔지도 제대로 이해하지 못하고 있었어요. 열을 '칼로릭'이라는 눈에 안 보이는 액체 같은 물질이라고 믿는 사람도 있었거든요. 온도의 진짜 의미를 모르니, 증기기관을 만들어도 왜 작동하는지 설명할 수 없었어요. 이 혼란 한가운데, 아일랜드 벨파스트에서 태어난 천재 소년 하나가 열의 비밀을 파헤치기 시작했어요.

더 이상 추워질 수 없는 '진짜 바닥'을 찾아냈다

그 소년의 이름은 윌리엄 톰슨, 나중에 '켈빈 경'이라는 칭호를 받은 사람이에요. 놀랍게도 열 살에 대학에 입학했어요. 요즘으로 치면 초등학교 4학년이 대학교에 간 거예요! 그는 자라면서 한 가지 질문에 매달렸어요. "온도에 진짜 바닥이 있을까?"

켈빈은 온도의 정체를 꿰뚫어 봤어요. 온도란 결국 물질을 이루는 아주 작은 알갱이, 즉 분자들이 얼마나 빠르게 떨고 움직이느냐의 문제라는 거예요. 게임 캐릭터의 이동 속도라고 생각하면 쉬워요. 속도를 줄이고 줄이고 또 줄이면, 결국 완전히 멈추는 순간이 오겠죠? 바로 그 지점, 분자가 더 이상 움직일 수 없는 상태가 '절대 영도'예요.

켈빈은 계산을 통해 그 바닥이 섭씨 영하 273.15도라는 걸 알아냈어요. 그리고 이 절대 영도를 0으로 놓는 완전히 새로운 온도 체계를 만들었어요. 이게 바로 '켈빈(K)' 단위예요. 섭씨나 화씨처럼 사람이 편의상 정한 게 아니라, 자연이 정해 놓은 진짜 출발선이었죠. 이 발견 하나로 과학자들은 드디어 같은 자를 들고 온도를 이야기할 수 있게 되었어요. 하지만 켈빈의 진짜 대단한 업적은 여기서 끝이 아니었어요.

뜨거운 것에서 차가운 것으로, 우주의 방향이 정해졌다