영구기관
1. 개요
'''영구기관'''(永久機關, Perpetual motion machine)은 열역학 법칙을 위배하는 '''가상의''' 기관이다. 열역학 법칙은 에너지의 양과 이동에 대한 제약을 정의하며, 영구 기관은 이러한 물리법칙의 제약을 무시하는 기관을 의미한다. 현재까지 그 어떤 영구기관도 존재하거나 입증된 바 없다.
2. 정의와 종류
영구 기관이라는 것 자체가 가상의 기관이기 때문에 일관된 정의와 분류 방법을 정하기가 어렵다. 당연히 주류 과학계에서의 분류 방법도 없다. 국립국어원에서 발행한 표준국어대사전에 의하면 영구 기관의 정의는 아래와 같이 되어 있다.
쉽게 말해 각각 열역학 제1법칙, 2법칙, 3법칙을 무시하는 기관을 의미한다.[2]'''영구 기관 (永久機關)'''
밖으로부터 에너지의 공급을 받지 아니하고 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는 가상의 기관. 제1종 영구 기관이라고도 하며, 이 밖에 열원에서 공급한 열을 100% 역학적인 일로 바꿀 수 있는 제2종 영구 기관이 있다. 각각은 열역학 제1법칙, 열역학 제2법칙에 위배되므로 존재하지 않는다.
2.1. 제1종 영구 기관
외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급받지 않고 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는 가상의 기관. 열역학 제1법칙(에너지 보존의 법칙)을 어기므로 존재할 수 없다. 일반적으로 영구 기관이라고 하면 제1종 영구 기관을 뜻한다. 영구 기관의 조건이라고 주장되는 여러가지 사항들도 결국 모두 제1종 영구 기관에 해당 된다. 제1종 영구기관에 대한 정의가 모호하여 외부에서 에너지를 공급 받지 않고 계속 일을 할 수 있어야 한다던가, 자기 혼자 계속 돌고 있으면 영구기관이라던가 등등 여러가지 말들이 난무하고 있는데 가장 정확하게 설명하자면 제1종 영구 기관은 그냥 말 그대로 '''허공에서 영원히 에너지를 생성할 수 있는 기관'''이다. 그게 열이건 전기건 동력이건 중요하지 않다.
에너지의 개념이 정확하게 잡혀있지 않은 사람들은 "에너지를 생산하는 기관은 흔하지 않나" 라고 생각할 수 있겠지만 이는 매우 잘못 된 생각으로, 에너지의 교환과 변환에 대한 이해가 반드시 필요하다. 열역학 제1법칙, 즉 에너지 보존의 법칙의 정의는 "고립계에서 에너지의 총합은 일정하다"는 것인데 이게 무슨 의미냐면 외부에서 에너지가 유입 되지 않는 조건이라면 계 내에서 에너지는 형태가 바뀌거나 이동만 할 수 있을 뿐, 생기지도 않고 사라지지도 않으므로 그 총량이 변하지 않는다는 것이다. 우리가 기존에 에너지를 생산한다고 생각했던 자동차 엔진이나 발전소의 대형 발전기도 결국 각각 휘발유와 석탄이라는 에너지를 외부에서 공급 받아 기계 에너지와 전기 에너지로 형태를 바꿔주는 기계일 뿐으로, 절대로 없는 에너지를 생산하는 기계가 아니다. 심지어 영원불멸로 에너지를 뿜어줄 것 같은 태양조차도 내부에 있는 수소나 헬륨의 핵융합 반응으로 열 에너지를 뿜어내는 것이지, 마찬가지로 에너지를 생산하는 것이 아니다. 이 세상의 모든 기계와 생물과 현상들은 에너지를 이동하고 변환하는 과정이 있을지언정 생산은 존재하지 않는다.
더 나아가 에너지 보존의 법칙의 정의를 우주로 확장하여 적용해보면 결국 우주는 하나의 고립계이므로 '''우주 내에 존재하는 에너지의 총량은 빅뱅 직후부터 종말까지 변화하지 않는다'''는 결론이 나온다. 당연히 행성, 항성, 별, 은하, 블랙홀, 초신성 등의 우주 내에 존재하는 그 어떤 것도 에너지를 이동시키거나 변환을 할지언정 생산을 하는 것은 불가능하며, 그러한 작용을 하는 현상도 발견 된 바가 없다. 에너지 보존의 법칙을 무시한다는 것은 고립계 내의 에너지 총량을 임의로 변화시킬 수 있다는 것이 되고, 더 나아가 이미 결정된 우주 전체의 에너지 총량을 마음대로 늘리고 줄일 수 있다는 것이며, 이런 말도 안되는 일을 하는 기계가 바로 제1종 영구 기관이다.
만일 우주가 고립계가 아니라면 우주 바깥의 외계에서 에너지가 유입되어 우주 전체의 에너지 총량이 변화할 수 있다. 그러나 그것은 외계로부터 에너지가 우주로 유입 되어서 이루어지는 것이므로 결국 에너지 보존의 법칙은 깨지지 않으며, 당연히 제1종 영구 기관도 성립할 수 없다. 에너지 보존의 법칙을 깨려면 고립계 내에서 아무 이유 없이 에너지가 생성 되어야 하며, 열이 한도 끝도 없이 생성되어야 한다. 그러므로 우주가 고립계인가 아닌가는 중요한 것이 아니다.
물론 우주 외부의 공간이 존재함을 증명하고 그 공간에서 에너지를 끌어오는 장치를 발명한다면 영구기관과 관계없이 노벨상을 따낼 수 있을 것이다.
2.2. 제2종 영구 기관
열 에너지를 100% 역학적 에너지로 전환 가능한 가상의 기관. 열역학 제2법칙(엔트로피의 법칙)을 어기므로 존재할 수 없다. 본래 고립계에서 엔트로피는 항상 변화량이 0이거나 증가하기만 할 뿐, 감소할 수 없다. 제2종 영구 기관은 이 법칙을 무시하고 고립계의 엔트로피를 임의로 감소시킬 수 있는 기관이다. 여기서 말하는 엔트로피라 함은 엔트로피 문서에 쓰여있다시피 유용하게 쓸 수 있는 에너지가 줄어드는 정도를 의미한다.
위의 제1종 영구 기관에서 설명했지만 고립계의 에너지의 총량은 언제나 동일하며, 에너지는 결코 생산되지도, 소모되지도 않는다. 언제나 다른 형태로 변환하거나 이동을 할 수 있을 뿐이다. 그러나 언제나 이런 변환이 자발적으로 이루어지지는 않는다. 예를 들어, 차가운 물건과 뜨거운 물건을 붙여두면 언젠가는 두 물체의 온도가 동일하게 되며, 반대로 뜨거운 것이 더 뜨겁게 되고 차가운 것이 더 차갑게 될 수는 없다. 또한 높은 곳에 있는 물건이 낮은 곳으로 떨어질 수는 있지만 반대로 낮은 곳에 있는 물건이 스스로 높은 곳으로 올라갈 수는 없다. '''이런 에너지의 흐름에는 방향성이 있으며, 이렇게 소비 된 에너지는 절대로 다시 사용할 수 없다.''' 이런 안정된 상태를 다시 불안정한 상태로 되돌리기 위해서는 소비된 양보다 더 큰 에너지가 필요하며, 이러한 물리적 현상을 "무질서도"로 표현한 물리량이 엔트로피다. 자연적인 에너지의 이동은 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로만 이루어지며, 이를 에너지를 소비하여 다시 낮추더라도 이런 에너지를 소비하는 행위 자체가 엔트로피를 증가시키게 되어 고립계 내의 엔트로피는 반드시 증가한다.
제2종 영구기관은 이러한 자연적인 방향성을 엔트로피의 변화량보다 적은 에너지로 거스를 수 있는 기관이다. 물을 중력을 거스르고 다시 폭포 위로 올리거나 붙어있는 두 물체의 온도 평형을 깨는 것은 당연히 가능하다. 그러나 이 과정에서 엔트로피의 증가가 없어야만 하며, 엔트로피의 증가 없이 이러한 일을 하는 것은 불가능하다.
2.3. 제3종 영구 기관
열역학 제3법칙은 엔트로피를 이용해 절대영도를 정의하는 법칙으로, 절대영도에 가까워질수록 변화량이 0에 수렴한다는 정리다. 다만 어떤 계에서는 절대영도를 달성하더라도 엔트로피가 0이 아닌 경우가 있는데, 이는 물질의 바닥상태, 즉 최소에너지를 지니는 상태가 복수로 존재할때 잔류 엔트로피가 남게된다. 따라서 절대영도 조건에서 계의 엔트로피는 0이나 혹은 어떤 상수에 수렴한다. 따라서 유한한 단계의 과정으로 계가 절대 영도에 도달할 수 없으며, 이를 위배하는 기관이 제3종 영구기관이다. 즉, 에너지의 변화없이 영구히 운동하는 기관을 뜻한다. 따라서 어떠한 힘의 개입도 존재하지 않는다면 단진자도 영구기관에 해당한다.
절대영도 문서를 가보면 음의 절대온도를 만들었다는 소식이 있지만 자세히 보면 알 수 있듯이 이는 물리적인 온도의 정의를 살짝 피해서 장난을 친 것에 불과하다. 열역학 법칙에는 전혀 문제가 없으며, 이는 영구기관의 존재와 완전 무관하다.
2.4. 제4종 영구 기관
일반적으로 열역학 제4법칙은 온사게르 상반정리(Onsager reciprocal relations)로 정의되며, 수송계수의 대칭성을 나타내는 정리로서 몇가지 힘 Xi가 작용하고 그에 공역적인 흐름 Jj가 있을 때, (∂Ji／∂Xi)= (∂Jj／∂Xj)가 성립한다는 법칙으로, 이에 따르면 온도와 압력의 기울기가 어긋나는 기관이 제4종 영구기관이다.#
하워드 오덤(Howard T. Odum)은 열역학 제4법칙으로 로트카의 원리(Lotka's principle)를 제안했다.# 이에 따르면 옴의 법칙과 상관없이 아무 전력 효율에서 유용한 에너지 변환 속도를 최대로 이끌어내는 기관이 제4종 영구기관이다.
니콜라스 제오르제스쿠레겐(Nicholas Georgescu-Roegen)은 열역학 지4법칙으로 "물질의 완전한 재활용은 불가능하다."를 규정한적이 있었으나, 이는 열역학 법칙에 대한 무지로부터 비롯됐다.# 이에 따르면 영구적으로 재사용가능한 물질의 존재가 제4종 영구기관이다.
3. 현실에서의 영구기관
영구기관은 중세시대 유럽에서 이론상으로 추구되던 동력기관의 이상이다. 이론상으로는 처음에 일정한 힘을 가해주면 무한히 움직여 동력을 제공하는 기관으로, 얼핏 말만 들으면 인류 문명에 이익이 되며 유용한 기관이다. 하지만 고등학교 수준의 물리학을 배운 사람이라면 영구기관은 열역학 법칙을 위배하기 때문에 백 번 죽었다 깨어나도 제작이 불가능하다는 사실을 알고 있다. 고등학교 물리학1에서 제1종과 제2종 영구기관이 불가능하다는 것을 증명하기 때문이다.
물리학적으로 제1종, 제2종 영구 기관은 불가능하고, 제3종 영구 기관은 별다른 의미가 없기 때문에 용어가 분명히 정의되지 않아 다음과 같은 혼란이 발생하기도 한다.
2013년 2월 3일, 타임 크리스탈에 대해 이론적으로 정립해 나가는 과정(또는 정립 이후)에서 제기된 것으로, 타임 크리스탈이 제4종 영구기관일 수도 있다는 주장이 제기되었다. 해당 [3] 글의 제목은 '''회전에서의 영점 요동: 에너지 전달이 없는 제4종 영구 운동'''이다. 이 글에서는 저자들이 고안한 타임 크리스탈이 영원히 운동을 계속할 수 있지만 열역학 법칙을 어기지 않기 때문에 제1종이나 제2종 영구 기관이 아니며, '''에너지를 저장하지 않기 때문에''' 제3종 영구 기관이 아니라고 주장했다. 그러나 표준국어대사전이나 영문위키피디아 등 제3종 영구 기관을 설명하는 곳 어디에도 에너지를 저장해야 한다는 설명은 없다.
3.1. 유튜브
유튜브 등지에서 영구기관을 검색하면 무수히 많은 영구기관 영상이 검색된다. 그러나 위에서도 언급했다시피 영구기관의 존재는 불가능하므로 이런 말도 안되는 허구를 순진하게 믿어서는 안된다. 인터넷에는 누구나 진위여부와 상관없이 영상을 만들어 올릴 수 있고, 영상물은 촬영을 교묘하게 하거나 편집을 통해서 얼마든지 손쉽게 있지도 않은 영구기관을 만들어 낼 수 있기 때문이다. 또한 장난으로 올라오는 영상도 많기 때문에 이런 본인이 잘 모르는 영역의 정보는 절대 함부로 맹신해서는 안된다.
3.2. 영구자석을 이용한 영구기관
특히나 영구자석은 자석 스스로가 자기력을 갖기 때문에 이 힘을 이용하면 영구기관을 만들 수 있지 않을까? 라는 말도 안되는 상상을 하게 하여 거짓말을 더욱 그럴듯하게 만드는 부작용이 있다. 그러나 결론만 말하자면 영구자석도 마찬가지로 열역학의 범위 내에서 존재하는 물질이므로 영구기관을 만들 수 없다. 자석의 수명이 유한하니 영구기관이 아니라는 소리도 있는데 영구자석이 괜히 영구자석이라고 불리는게 아니다. 적정한 환경 조건에서 사실상 반영구적으로 사용할 수 있으니까 영구자석이라고 하는 것이다. 유튜브 등지에서 자석을 이용해 제1종 영구기관을 만들었다고 주장하는 사람들이 굉장히 많고 직접 작동하는 영상까지 올려서 아무 외부 에너지 공급 없이 회전하는 기관을 선보이지만 이는 대부분 눈속임이다.
영구자석으로 영구기관을 만든다는 발상은 힘과 에너지를 분리해서 생각하지 못해 발생하는 오류이다. 상자를 힘을 가해 밀더라도 상자가 움직이기 전까지 전달되는 에너지는 0이듯이 힘이 발생한다고 해서 언제나 에너지의 이동이 발생하는 것이 아니다. 마찬가지로 이런 이유로 설령 회전 상태를 유지하는 영구자석 도구가 존재하더라도 이것만으로는 영구기관이 증명 될 수 없다. 운동 상태를 유지하는 것과 외부로 에너지를 방출하는 것은 완전히 다른 얘기이기 때문이다. 이런식으로 만들어지는 대부분의 영구기관들은 항상 사람이 먼저 돌려주는 식으로 시동을 걸어줘야 작동하는 경우가 많은데 사람이 에너지를 가한 시점에서 단지 움직인다는 이유로는 영구기관이 될 수 없게 된다. 물체의 사이즈가 충분히 작으면 물체 입장에서는 사람이 가하는 에너지도 굉장히 크기 때문에 그 에너지를 내부에서 뺑뺑이를 돌리면서 오랜기간동안 운동 상태를 유지할 수 있기 때문이다. 그런 물건은 반드시 언젠가는 정지한다.
영구기관의 포인트는 들어가는 에너지보다 나오는 에너지가 많은게 포인트지 그냥 기관이 움직이고 발전이 된다고 해서 되는게 아니다. 몇번이고 위에서 언급하고 있지만 외부로 에너지를 공급할 수 없으면 기관조차도 아니다. 회전력을 내는 기관에 발전기를 꽂아서 시스템에서의 에너지 이동을 전문가가 참관한 상태에서 제대로 계측해보기 전까지 어떤 정보도 믿을 수 없다. 다시 말하지만 해당 분야의 전문가들의 눈 앞에서 영구기관이 제대로 증명되고 시연된 적은 인류 역사상 단 한번도 없다. 그만큼 저런 영구기관 발명가들은 에너지 개념에 대한 이해와 전문성이 크게 결여 된, 속칭 돌팔이가 100%라는 것이다. 본인이 만든 기관을 본인이 이론으로 풀고 증명하고 설명하지 못하면 누가 설명한단말인가?
간혹 영구기관이 불가능하다는건 알지만 영구자석의 이해가 부족한 사람들이 영구자석을 만드는데도 에너지가 들어가거나 수명이 있다는 이유로 영구기관이 아니라는 주장을 하기도 하는데 위에도 써있다시피 영구기관의 정의는 제조에 들어가는 에너지나 수명과는 무관하다.[4] 그리고 영구자석은 자화가 되기 쉬운 물질에 전자석으로 강력한 자기장을 걸어서 내부의 미세한 자기 입자(?)들을 한 방향으로 정렬시켜서 만드는 것이므로 제조에 에너지가 많이 들어가는 것도 아니다. 그런 이유로 영구기관으로 부를 수 있다면 수십억년동안 태양의 중력에 붙잡혀 공전하고 있는 지구도 영구기관이라고 할 수 있을 것이다.
3.3. 계속되는 주장과 특허 출원
파리 왕립 과학 학술원은 앞으로 영구기관에 관한 제안을 접수하거나 다루지 않을 것입니다.
1775년, 프랑스 파리 왕립과학학술원
한국의 경우 특허법 제2조의 발명의 정의인 "자연법칙을 이용한 기술적 사상의 창작"에서 자연법칙을 이용하지 않았기 때문에, 특허법 29조1항 본문의 '''"산업상 이용가능한 발명"'''이 아니라는 취지로 거절 결정한다. 주의할 점은 특허법 2조 발명의 정의로 거절시키는 것이 아니다. 이는 특허의 거절이유로 할 수 있는 조항에 법 제2조가 없기 때문에 우회적으로 제29조 제1항 본문으로 거절하는 것일 뿐이다앞으로 영구기관에 대한 모든 특허출원은 '''반드시 실제 작동하는 모형을 함께 제출해야 합니다'''
- 1911년, 미 특허국 공시 -
대학교의 물리학과나 기계공학과 교수들의 이야기로는, 이러한 영구기관을 주장하는 자들이 가끔 들어온다고 한다. 물론 당연히 설명 한 10분 듣고 나면 교수들은 그 손님에게 상큼하게 법규를 날려준다.[5] 나중에 따지고 보면 그 발명가가 해당 기기의 해석을 할 때 물리적으로 무언가 잘못 계산한 경우가 절대 다수, 그리고 나머지는 기본적인 해석조차 안 되는 사람들이 영구기관이 아닌 단순히 마찰이 매우 적어서 오랫동안 동작하는 기기를 영구기관으로 착각한 경우다. 이건 후술하겠지만 에너지를 생산하거나 변환하는 것이 아니기 때문에 영구기관이 아니라 영구운동이다. 특히, 이론적 지식은 전혀 없고, 허접한 응용 지식만 알고 있는 현장 기술자들이 이런 주장을 들고나오는 경우가 대부분이다.
이런 영구기관 발명(?)의 역사는 유구해서 1920년대에 이미 한 해 30~50건이 특허 출원될 정도였으며, 집착을 놓지 않는 발명가가 1980년대 초반엔 전국에 1000여 명이나 되는 것으로 추산되었다.#
가끔 대한민국의 유사과학자들이 영구기관을 만들었다고 주장하며 내놓는 물건이 있긴 하나(대한민국 특허청에 특허 신청만 한 영구기관만 해도 수십 가지가 넘는다고 한다), 전부 '그날 그날의 사정'이나 '여러 가지 이유'로 작동되지 않는다. 대표적으로 자기가 영구기관을 만들었다고 주장한 사람 중 하나가 최윤식.당연하지만 '''영구기관은 기관 자체가 파괴되지 않는 이상 외부의 상황이 아무리 달라져도 변함없이 작동해야한다.'''
2014년 6월 23일에는 서울 문래동 김광호 씨가 영구기관 발명에 성공했다고 주장했다.# 상용화하면 매출 1경 5000조 원. 순수익 5000조 원 이상이 될 것이라고 대놓고 유명 언론사 기자들 '''모셔놓고''' 영구기관 시연회를 거창하게 그것도 '''서울프레스센터'''에서 열었다. 이 발명자는 실명을 밝히지 않고 있었는데, 발명자의 지인은 ‘이미 외국의 에너지 관련 기업들에서 포착을 했다’며, '발명자가 신변의 위협을 받았다'고 밝힌 바 있다. 그러다 2014년 8월12일 서울 프레스센터에서 공개적으로 모습을 드러냈고 실명도 밝혔다. 그는 기자회견을 열고 무한동력 영구기관을 시연했는데,#기자회견 영상 사기가 거진 그렇듯이 결과값을 나타내야 할 전력계를 설치하지 않았으며 내부 공개도 하지 않았다관련기사 . 이러한 지적에 대해 발명자는 전구가 켜져 있는 것을 보면 모르느냐?는 식으로 반문하였는데, 고작 전구 켜지는 것으로는 아무것도 증명 되지 않는다. 이건 아예 엔지니어로써의 기본 자체가 안 된 것이다. 에너지가 정확하게 어디서 어떤식으로 얼마나 흐르고 소비되는지를 명확하게 설명할 수 없으면 그냥 이런건 아예 입 밖으로 꺼내서도 안된다. 60와트 백열등 10개를 켰으니 600와트다 라고 우기지만 60와트 백열등은 20와트만 밀어넣어도 밝기만 낮을 뿐이지 켜지는건 문제가 없기 때문에 결국 사기꾼에 불과하다.
이를 믿게 되는 과정은 유사과학과 얼추 비슷한데, 일확천금에 대한 욕망 혹은 혹시나 열역학 법칙의 반증 가능성에 일말의 가능성을 품고 시작하는 경우가 많다. 그러나 발견 이래로 열역학 법칙에는 '''단 하나의 반례도 존재하지 않았고 여전히 존재하지 않는다'''. 이는 몇 만 번의 실험으로부터 충분히 검증받고 절대적으로 많은 이론으로부터 지지받는 명백한 사실이며, 오히려 '''이러한 시도의 실패가 열역학 법칙을 여실히 증명해주는 것이다.''' 설사 깨지게 되더라도 미시적인 세계에서 일어날 것이며 거시적인 세계에서, 그것도 영구기관과 같은 실용적인 용도로 사용하는 것은 불가능할 것이다.
음모론에서 꽤나 자주 거론되는 이야깃거리 중 하나.
스위스 베른 근교에 자리잡고 있는 기독교 신앙공동체 마을인 메테르니타(Methernitha)라는 마을에서 테스타티카(M-L 컨버터라고도 한다.)라는 이름의 영구기관을 만들어냈다고 주장하지만, 이 장치를 실제로 쓰는 사람들은 모두 이 공동체의 일원뿐이며, 영구기관을 만들어냈다고 주장하는 사람도 이들뿐이다. 또한, 테스타티카 자체에 태양열 전지나 풍차 장치 등이 달려 있다고 추측되기도 한다.
주호민의 만화 《무한동력》에서 영구기관이 소재로 등장하기도 했다. TV 프로그램 《순간 포착 세상에 이런일이》에는 영구기관을 만드는 발명가 오필균이 소개되었다. 그런데 이 사람은 영구기관이 '''안 될 걸 알면서''' 취미로 만들고 있었다고 하니 무언가 비범한 듯.[6] 이때가 2005년인데 2013년 시점에서도 아직도 연구 중이라고 한다. 다른 발명도 병행하고 있어서 2010년에는 '물받이 분리형 화분 양변기' 라는 발명으로 특허 출원을 내기도 했다. 2016년 9월 22일자 방송분에서는 황충식 씨가 무한동력 발전기를 20년째 계속해서 만들고 있다며 너비 27미터, 높이 23미터, 무게 50톤 규모의 구조물을 소개하기도 했다. #
3.4. 머나먼 미래에서의 가능성?
'지금은 불가능하지만 미래에는 가능할 수도 있다'며 영구기관의 가능성을 완전히 부정하지 않는 사람도 존재한다. 이런 사람들은 기존의 물리학 법칙에 어떤 허점이 있어서 영구기관이 비집고 들어갈 틈이 있다고 생각하거나, 새로운 물리학 법칙이 발견되어서 영구기관을 지지하게 될 것이라 생각하는 경우가 대부분이다. 물론, 물리학 법칙은 언제나 완벽하지 않으며 앞으로도 새로운 이론이 등장할 것이고 여러 이론들이 법칙으로 발전해 나갈 것이므로, 영구기관이 존재하지 않는다는 것을 100% 확신할 수는 없다. 낙천적으로 바라보면 우리가 절대적인 법칙이라고 생각했던 것들이 사실은 어떠한 기술이나 방법으로 파훼가 가능할 수도 있다. 우리가 모르는 것이 아직 많으니까. 다만 지금은 그냥 뭔 짓거릴 어떻게 하더라도 절대 안된다 뿐이지.
물론 영구기관은 다른 불가능해 보이는 상상력들과는 차원을 달리하는 불가능성을 표상하고 있다. 가장 본질적인 법칙 중 하나인 열역학과 엔트로피의 법칙 자체를 뒤집는다는 의미이기 때문이다. 이론물리학자 미치오 카쿠의 저서 불가능은 없다에서는 불가능해 보이는 SF적 소재들을 세 분류로 나누고, 수백 년 내로 이루어질 수 있는 것, 수백만 년 내로 이루어질 수 있는 것, 불가능하거나 우주적 규모의 발견 혹은 관점의 전환이 있어야 가능한 것으로 분류하였는데, 세 번째 그룹에 속한 것은 단 두 개뿐이었다. 그중 하나는 예지력[7], 또 하나가 영구기관이었다. 온갖 불가능해 보이는 것을 가능하다고 이야기한 저자도 그렇게 말할 정도로 어려운 주제.
2018년 1월, 열역학 제2법칙을 위배하는 듯한 연구결과가 나왔다.
관련 내용
관련 논문[8]
외부의 일이나 자유 에너지 소모 없이 균일 온도의 고립계에서 그 안의 입자들을 특정 방향으로 이동시키는 데 성공했다는 연구이다. 그러나 사실 이것은 정보 엔진에 대한 내용으로, 내부의 정보를 관측하여서 외부에서 일을 직접 해주지 않아도 마치 일을 해준 것과 같은 효과를 주는 것이다. 겉보기에는 열역학 제2법칙이 위배된 것으로 보이나, 정보 엔트로피의 존재 때문에 이 경우에도 열역학 법칙은 유효하다. 자세한 내용은 맥스웰의 악마 참고. 정보엔진, 질라드 엔진 등의 내용을 찾아봐도 좋다.
이러한 주제는 우리의 좁은 지식 저 너머에 있는, 과학뿐만이 아니라 존재론과 관련될 수 있는 궁극적 주제다. 확실한 건 시간여행 등보다 훨씬 상상하기 어려운 일이니, 이것의 현실성에 대해서 지금 고민하는 것은 현재로서는 과학적 주제로는 큰 의미가 없고 형이상학적, 종교적 탐구의 주제에 가깝다고 할 수 있겠다.
이건 6을 뒤집으면 9가 된다는 것에서 착안한, '대학생이 논문을 쓰다가 배가 고파 논문을 뒤집으니 곰국이 되더라'는 수준의 말장난이다.
4. 가공의 영구기관 일람
이렇듯 현실성이 없는 영구기관이지만, 픽션의 세계, 특히 고도의 과학 기술이 배경에 깔린 작품에서는 자주 소재로서 사용되고 있다. 이하는 만화, 게임, 소설 등 대중문화 매체에서 나타나는 영구기관의 일람이다. 하지만 구체적으로 보면 알겠지만 대부분의 경우 진정한 의미의 영구기관[9]이 아니라 어디까지나 다른 데서 무진장의 에너지원을 영구히 공급받아 작동하는 경우. '다른 차원에서 에너지를 끌어다 쓴다'는 변칙 설정이 붙어있는 영구기관이 많다. 물론 이렇게 하면 에너지의 총량이 많아지므로 진짜 영구기관과 마찬가지로 그 세계는 점점 뜨거워진다.[10] SF 소설 《은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서》에서는 아예 과거나 미래에서까지 에너지를 끌어다 쓴다.[11] 아니면 말은 영구기관이라고 쓰고는 실제로는 그 전까지 못 쓰던 걸 가지고 에너지로 쓰는 경우도 있다. 밑의 예시 중 워해머 계열이라든가 몇몇 예시가 이 경우에 해당된다. 사실 이러한 경우는 영구기관에 넣으면 안 되는데 폼 난다고 넣어버리는 쪽.
대놓고 나오는 영구기관 말고도 대충 짠 설정에서 튀어나오는 영구기관도 꽤 있다. 수치계산을 잘못해서 들어간 에너지보다 나오는 에너지가 더 많아진 1종 영구기관도 있지만 열이나 압력등을 그대로 에너지로 바꿔버리는 2종 영구기관도 흔하다. 그냥 배경설정으로만 나오면야 그냥 설정오류지만 영구기관이라는 자각도 없이 에너지를 갖다쓰는 경우는 좀 문제가 있다.
- 기관차 대여행 - 기관사와 짐이 영구기관을 만드는데 막대기에다 한쪽에는 자석을 다른 쪽에는 기관차를 놓아서 자력으로 이끌려가게 만든 것이다. 당연하지만 이렇게 하면 기관차가 자석이 끌리는 동안 동시에 자석도 기관차에 끌려간다. 게다가 여기선 자기홀극 비슷한 것까지 다루기도 했다.
- 강각의 레기오스, 레전드 오브 레기오스의 오로라 필드[12]
- 골판지 전기 시리즈 - 이터널 사이클러. 주인공 야마노 반의 아버지인 야마노 쥰이치로 박사가 LBX 연구 중 우연히 만들어낸 무한동력기관. 1기 초~중반부는 이 이터널 사이클러의 설계도가 들어 있는 플래티넘 캡슐이 담긴 코어 스켈톤이 베이스인 아킬레스를 두고 이야기가 펼쳐진다. 1기 종반부엔 이노베이터에게 설계도가 넘어가 소형 폭탄인 '도토리'와 어나더 버전인 '그래비티 펌프'가 제작되기도 했다.
- 기동전사 건담 시리즈에 등장하는 일부 기체들.
- 나데시코 - 상전이엔진.
- 닥터후 - 타디스는 시공간의 균열이 존재하는 부분[13]에서 그 에너지를 끌어다 쓰지만[14] 에너지 공급은 영구기관이나 다름없다.
- 둠(2016) - 지옥에 흐르는 지옥 에너지. 이를 아전트 에너지로 가공하여 태양계의 자원난을 해결했다. UAC(둠 시리즈) 및 새뮤얼 헤이든 문서 참조.
- 데드 스페이스 - 블랙 마커와 레드 마커[15]
- 데우스 X 마키나에 등장하는 기계인형 클록워커의 동력원인 스파이럴 엔진
- 동방프로젝트의 등장인물 중, 경계의 요괴 야쿠모 유카리의 스펠 카드 중에는 「제1종 영구기관」이란 스펠카드가 존재한다.[16]
- 드래곤볼 - 드래곤볼/인조인간 편의 16호,17호,18호는 영구기관을 에너지원으로 이용한다.
- 디스크월드 소설 시리즈 - 위에 있는 동영상과 같은 Cat and Toast Engine이 나온다.
- 록맨 시리즈 - 프리즈맨 : 상온을 고온과 저온으로 바꾼다는 열역학 제 2법칙을 위배하는 짓거리를 하는 로봇.
- 림월드 - 베노메트릭 발전기, 불안정한 발전기. 조건이 있거나 연료가 필요한 다른 발전기와는 달리 아무 조건도 없이 전력을 생산한다. 생명체를 포함한 행성 전체가 컴퓨터화된 초월계 행성에서 만들어진 발전기인데 초월계쯤 되면 인간이 이해할 수도 없을 정도로 발전했고 초월계 인공지능도 그걸 아는지 기록조차 없어서 학자들도 장치 내부의 양자 거품으로부터 에너지가 추출되는 것이라고 추측하는 정도이며 다른 발전기들 보다 크기도 작고 발전량도 크기에 비하면 많지만 다른 발전기들보다 떨어지는 뭔가 규모를 키우는데 주저하는 모습이 보여 어떠한 대가를 치뤄야 하는게 아닐까 하는 추측이 있는 설정이 있다. 불안정한 발전기는 메카노이드라는 로봇들의 군락이 우주에서 떨어질때 같이 떨어지는 발전기로 설정상 작동 방식은 같은데 크기와 발전량이 더 작고 파괴되면 큰 폭발이 일어난다.
- 마법소녀 마도카☆마기카 - 지구인의 감정에서 분출되는 에너지는 생존을 유지하는데 투입되는 열량에 비해 압도적으로 많은 것으로 보이며 이 에너지를 정제하여 사용 가능한 것으로 만드는 절차에 마법소녀, 마녀, 마수가 부품처럼 들어가있는 구조이다. 크림힐트 그레트헨 같은 재앙 수준의 참사만 컨트롤 할 수 있다면 영원히 이 시스템을 유지해 우주의 열역학적 죽음도 무한히 유예할 수 있는 것으로 보인다. 우주가 개편된 이후로는 카나메 마도카가 이런 사태가 발생할 가능성을 근본적으로 봉인하고 있기 때문에 시스템의 신뢰도는 거의 완벽에 가까워졌다고 할 수 있다.
- 마법소녀(마법소녀 마도카☆마기카)
- 마녀(마법소녀 마도카☆마기카)
- 사역마(마법소녀 마도카☆마기카)
- 마수(마법소녀 마도카☆마기카)
- 나이트메어(마법소녀 마도카☆마기카)
- 소문(마기아 레코드)
- 마녀(마법소녀 마도카☆마기카)
- 사역마(마법소녀 마도카☆마기카)
- 마수(마법소녀 마도카☆마기카)
- 나이트메어(마법소녀 마도카☆마기카)
- 소문(마기아 레코드)
- 마법천자문 - 견공의 오르골로 견공이 아내에게 청혼할 때 준 선물로 무한동력장치로 돌아가서 계속 움직일 수 있다. 나중에 이것은 마법장벽을 파괴하는 장치의 재료로 쓰인다.
- 마인크래프트 - 네더의 블럭들(한번 불이 붙으면 직접 끄지 않는 한 끝없이 불탄다.), 레드스톤 횃불/블럭(레드스톤 신호를 끝없이 내보낸다.), 자동화 카트(운동에너지가 줄지 않는다.), 파워레일 등등.
- 마장기신 - 마장기의 동력원인 풀카넬리식 영구기관. 이것도 어디까지나 계약한 정령을 매개로 아스트랄 차원에서 에너지를 끌어오는 것이므로 진정한 의미의 영구기관은 아니다.
- 명왕계획 제오라이머 - 차원연결시스템. 이쪽도 다른 곳의 에너지를 끌어오는 물건.
- 무한동력 - 영구기관을 제작하면서 일어나는 일을 다룬 주호민의 만화.
- 문제아 시리즈 - 성신입자체, 제3영구기관
- 블래스터 마스터 제로 - 센트럴 기어, 소피아-III의 영구기관 시스템
- 비비드레드 오퍼레이션 - 시현 엔진
- 설국열차 - 설국열차의 '영원한 엔진'[17][18]
- 소닉 더 헤지혹 시리즈 - 카오스 드라이브
- 소울워커 - 루인 포트리스에서 나오는 버스터 코어가 폭발 에너지를 점점 부풀려서 가동한다는 설명이 있다. 에너지 전도율 100%를 초과하는 말도 안되는 설정이나, 이게 그냥 단순 필터 장치라는 게 나오면서 그냥 흠좀무.
- 슈퍼로봇대전 시리즈
- 스칼렛 위저드 - KS 엔진. 완전핵융합로, 영구내연기관이라고도 한다. 연료를 계속 생산하는 인공태양쯤 된다고.
- 시티즈: 스카이라인 - 무한 댐 발전
- 신세기 에반게리온 - S2 기관
- 신혼합체 고단나 - 고단나 등의 동력원인 플라즈마 드라이브. 초기 가동 시에만 에너지가 필요하고 나머지는 자신이 기동하면서 만드는 에너지로 가동을 유지하기 때문에, 가동 후부터 정지하기 전까지 영구기관이다. 에너지는 더 비효율적이고 능력이 낮아진다는 열역학 제2법칙을 위반하는 제2종 영구기관, 문제는 초기 가동시에는 스스로 못 돌아가서 외부에서 돌려줘야 하며, 스스로 가동을 유지하는 에너지에 로봇들이 사용하는 에너지로 인해, 결과적으로 플라즈마 드라이브에는 가동 한계가 존재한다.[19]
- 실장석 - 자신의 배설물만 먹고도 생존 및 성장이 가능하다. 명확한 공식설정이 없는 인터넷 팬 캐릭터인만큼, 작품에 따라 영양실조로 죽기도 하고 잘만 살아남기도 한다.
- 아틀리에 시리즈 - 에스카와 로지의 아틀리에와 샤리의 아틀리에에서 아이템에 붙일 수 있는 능력 중에 영구기관이 있다. 효과는 전투 시 아이템을 사용해도 아이템의 사용 횟수가 줄어들지 않는 것.
- 엘소드 - 디스프로즌 포털
- 올망동은 평화롭습니다 - 개미맨. 페달을 밟는 것으로 전기를 생산하는 기계 괴인. 항상 페달을 밟기 때문에 굉장히 힘들어보이지만, 월 1800만 원어치의 전기를 소모하는 기계대마왕의 전력을 혼자서 전부 감당한다. 기계제국 괴멸 후에도 발전기로 쓰이게 되었다.
- 우에키의 법칙(배틀짱) - 우에키 코우스케. 주인공인 우에키의 능력이 쓰레기를 나무로 바꾸는 재활용(리사이클)의 힘이다. 심지어 나중에는 능력이 성장해서 만들어낸 나무를 쓰레기로 활용해서 다시 나무를 만드는 정도로 업그레이드된다. 진정한 걸어다니는 영구기관이다.
- 왕도둑 징 - 벨모트
- 유희왕 5D's - 모멘트. 그러나 아크 크레이들의 강림으로 인해 네오 도미노 시티의 모멘트는 작동이 멈춘 상태. 새틀라이트의 BAD 에어리어에 존재하는 구 모멘트는 루드거에 의해 제로 리버스를 일으키고 파기된 상태.
- 작안의 샤나 - 보구 영시미아. 12시에 소유자의 상태가 원상복귀하므로 사실상 영구기관이다. 제작할 때 12시의 시계탑이 첨가되고 있었다.[스포일러]
- 죠죠의 기묘한 모험 - 황금장방형
- 참마대성 데몬베인 - 데몬베인의 동력원인 은건수호신기관(銀鍵守護神機關, 콜 레오니스), 리벨 레기스의 동력원인 무한의 심장. 요그 소토스의 힘을 이용, 평행차원에서 에너지를 뽑아오는 영구기관이다. 무한히 많은 평행세계에서 에너지를 뜯어오는 거라 어떤 의미에서 열역학 법칙을 무시하지 않는 기관. 물론, 평행세계에서 에너지를 뜯어오는 게 가능한 짓인가는 의문도 있지만 아우터 갓 요그 소토스의 현신에 가까운 힘이니 예외. 또한, 어떻게 생각하자면 존재하지 않는 에너지를 끌어오는 것이므로, 결국은 제1법칙에 위배된다고 볼 수 있다. 주안점은 평행세계에서 에너지를 끌어오는데 에너지가 들 것인가 하는 점.
- 창세종결자 발틴 사가 - 아스칼론의 전능로.
- 철권 시리즈 - 브라이언 퓨리. 철권 5부터 영구기관을 장착했다고 한다.
- 코어(영화) - 탐사선 버질호. 외장으로 쓰인 언옵태니움이 열과 압력을 직접 전기 에너지로 바꾸고 함체의 강도까지 높인다. 한마디로 파괴불가의 제2종영구기관.
- 클락워크 플래닛
- 파이브 스타 스토리 - 이레이져 엔진 광자를 에너지원으로 삼아 가동하며 정확한 원리는 밝혀지지 않은 반영구기관. 참고로 모터헤드 엠프레스의 엔진은 에너지 생성량이 공급량보다 더 많기 때문에 무려 열에너지로 전환하여 불꽃으로 잉여 에너지를 방출해 버린다.
- 해적전대 고카이저 - 네비 바스코가 영구기관이라고 발언하며, 우주 최대의 보물로의 문 역할을 한다고.
- 화성로봇 대결전! - 초 화력 발전기
- EVE 온라인 - 힐러의 역할을 담당하는 로지스틱급 함선, 그 중에서 서포트형 로지스틱은 마나에 해당하는 캐패시터를 다른 함선에 전송할 때 투입한 캐패시터보다 더 많은 양을 제공한다. 그러니까 로지스틱 둘이서 캐패시터를 서로 전송하면 허공에서 캐패시터가 생성된다. 사실상 이 캐패시터가 있어야 원격 수리를 풀로 돌릴 수 있다.
- Gadget: The Third Force - 소설에서 키세늄을 이용한 영구기관.
- GN드라이브-기동전사 건담 00에 등장하는 주역건담들의 에너지원으로서 에너지로 변환이 가능한 GN 입자를 끊임없이 생산한다.
- Warhammer 40,000
- 기계교가 운영하는 아이언스트라이더(Ironstrider) 계열 이족보행병기는 열역학 법칙을 위배하면서 무에서 동력을 생성하는 1종 영구기관이다. 제작 원리가 실전되었기 때문에 더 이상 추가 생산이 불가능하고, 남아있는 아이언스트라이더 엔진은 끄면 다시 작동시킬 수 있을지 확실하지 않기 때문에 영원히 켜져있는 상태로 운용된다.[20]
- 오크 - 루티드항목에 나와 있는대로, 고철과 쓰레기만 가지고 우주선이나 원자력 엔진을 만들어내고, 도저히 작동하지 않을 거 같은 고철이 작동하는 등, 인간은 이해할 수 없는 기술력을 보여준다. 다만 아예 무에서 유를 창조하는건 아니고, M32 옼스의 테라 침공을 다룬 소설 시리즈 The Beast Arise에선 옼스 몸에서 무언가 에너지가 나와 기계를 동작하게 만든다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 인과관계를 초월해서 그냥 믿음만으로 작동시킨다 그 정도는 아니고, 초자연적인 현상이긴 하지만 어쨌든 외부에서 에너지를 주입해서 기계를 동작시키는 것이다.
- 카오스 스페이스 마린 - 엔진 안에 악마를 넣어 그 악마의 힘으로 움직이는 데몬 엔진과, 기계 자체에 악마를 빙의시켜, 기계 자체를 하나의 데몬이 되게 하여 움직이는 악마 빙의 기술이 있다. 이렇게 하면 작동시키는 데 연료같은 에너지원이 필요없고, 함선의 경우 워프 항해 능력이 향상된다. 근데 악마가 들어가다 보니 멀쩡한 기계에 살아있는 얼굴이 한 개 이상 생긴다거나, 촉수나 팔다리가 돋아난다거나, 파이어 볼을 비롯한 마법이나 데모닉 화이어를 뿜는다든가, 기체 표면에 피부 같은 게 생겨나 크립처럼 덮는다거나, 종종 통제를 벗어나 제멋대로 움직이거나, 종종 탑승자를 잡아먹거나, 부려먹히던 악마들이 빡쳐서 반란들이 일으키는 등의 사소한 일들이 벌어진다.
- Warhammer 40,000 : Space Marine에서 이단심문관 드로건이 연구하던 에너지원은 워프에서 에너지를 빼와서 쓰는 물건이었다. 당연히 데몬 엔진과 같이 뒤끝이 영 좋지 않았다.
- Warhammer의 워리어 오브 카오스의 헬캐논을 비롯한 카오스의 기계 병기들 - 카오스의 힘이 깃들어 별도의 연료를 주입해 주지 않아도 된다. 다만 데몬화된 것들인지라 종종 문제를 일이키는 것이 문제라면 문제. 헬 캐논의 경우, 포격이 일정 횟수 이상 빗나가면 근처의 유닛을 아군 적군 안 가리고 잡아먹는다.
- 기타 영화, 게임등의 매체에서 이제는 친숙(?)하고 지겹도록 볼 수 있는 언데드 계열. 그 예로 좀비.
- 인류는 쇠퇴했습니다의 요정님들의 기술 중엔 고무줄로 돌아가는 무한동력 영구기관이 있다.
- TYPE-MOON/세계관의 마법(이쪽은 빼도박도 못할 1종 영구기관으로 작동한다. 특히 3법.) / 흑의 버서커의 보구인 처녀의 정절 - 브라이들 체스트는 효율 좋게 주변의 마력이나 전기를 축적하여 전투시 한정으로 제 2종 유사 영구기관으로 작용한다. 단, 이는 흑의 버서커의 스킬인 갈바니즘. 즉 자신이나 상대가 사용하는 실체가 없는 공격을 전기로 변환하여 확산시켜 무효화 및 생체전기와 마력을 자유자재로 상호변환하는 스킬이 병용되기 때문에 가능한 것이다.
5. 관련 문서
[1] 이 물건은 어디까지나 예시로 올려놨을 뿐, 마찬가지로 영구기관이 아니다. 처음에는 계속 돌아가는 것처럼 보여도 시간이 지나서 사람이 가했던 에너지를 다 소비하면 회전이 멈춘다.[2] 제0종 영구기관은 삼단논법을 부정하므로 원리적인 측면에서 정의될 수 없다.[3] 링크는 아카이브에 올라온 논문으로 출판되기 전의 원고다. 일반적으로 이공계에서 논문이라 하면 전문가에 의한 평가를 거쳐 학술지를 통해 출판된 글을 뜻한다. 정식으로 학술지를 통해 출판되지 않았다면 '''원고'''나 '''글'''에 불과하다. [4] 예를들어 제조시에 태양 하나를 통으로 써서 그 태양 전체의 에너지 + 깃털 하나 움직일만큼의 작은 에너지를 더 생산했다던지 0.001초만 작동하고 파괴된다던지 해도 어쨌든 열역학 법칙을 위반했으므로 이것도 영구기관은 영구기관이다.[5] 그 밖에 비슷한 레퍼토리로 카르노 기관 효율을 능가하는 기기를 발명했다는 작자들 역시 많다. 둘다 현대 물리학에 정면으로 위배되는 일이므로...[6] 영구기관을 개발하기 위해 사용되는 기술 중에는 실생활에 꽤나 유용한 것도 있으며(실제로 연금술이 그랬다), 기존 기관의 에너지 효율을 높일 수 있는 것도 있다. 하지만 기술에 대한 몰이해로 인해 개발자가 영구기관으로 오해하는 경우가 많고, 처음부터 사기 치기 위해 개발한 영구기관도 있다.[7] 시간여행 전반을 말하는 것은 아니다. 시간여행은 1분류, 2분류에 속해서 가능하다고 보았다.[8] 25달러[9] 즉 열역학법칙을 완전히 씹어먹는 경우[10] 그 우주의 팽창/수축을 무시할 경우 그렇다.[11] 참고로 이건 실패하는데 과거에서 에너지를 끌어온 에너지가 사라지자 확인해봤더니 미래에서 똑같은 방법으로 현재에서 에너지를 끌어쓰고 다시 그걸 미래에서 끌어쓰는 무한루프 때문에 결국 모든 걸 취소한다.[12] 다른 이름은 아공간 증설기.[13] 메두사의 폭포, 초신성 폭발, 영국 웨일즈 카디프에 존재하는 시간의 균열 등.[14] 정확히는 시간 소용돌이, Time Vortex, 조화의 눈 등.[15] 우주 어디에선가 전송해오는 에너지'를 발산하는 것이기 때문에 엄밀하게 말하면 마커는 영구기관이 아닌 에너지 수신기에 가깝다.[16] '환상'이 존재하는 환상향 세계관에서는 언급은 없어도 존재할 것이다. 아직 우리에게는 꿈의 기술인 핵융합 에너지가 효율이 낮다는 이유로 상온핵융합으로 대체되는 장면도 있으니... 어쩌면 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 공존하는 고양이가 있을지도 모른다. 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 공존하는 인간은 있다.[17] 물론 '영원한 엔진(Eternal Engine)'은 제작자 윌포드가 사람들과 자기 자신에게 주입한 허황된 믿음이다. 몇몇 부품들이 '단종'되고 있었으며, 엔진이 영원하지 않다는 것은 윌포드 본인이 누구보다도 잘 알고 있었다.[18] 원작 만화에서의 엔진 '올가'도 노후화로 점점 속력이 느려지고 있었다.[19] 플라즈마 드라이브 자체는 영구기관.[스포일러] 22권에서 밝혀진 바에 의하면 영시미아는 세계의 일그러짐을 에너지원으로 사용한다고 한다. 영구기관이라기보단 자원이 영구적인 셈.[20] Codex: Skitarii, 7th Edition, p.30