질량 보존 법칙
'''Law of Conservation of mass'''
質量保存─法則
'''요약본'''
닫힌 계의 질량은 상태 변화에 관계없이 변하지 않고 같은 값을 유지한다는 법칙이다. 물질은 갑자기 생기거나, 없어지지 않고 그 형태만 변하여 존재한다는 뜻을 담고 있다. 닫힌 계에서의 화학 반응에서는 (반응물의 총 질량) = (생성물의 질량) + (남은 물질의 질량)이란 수식을 만족하는데, 변화가 일어나기 전 물질의 총 질량과 변화가 일어난 후 원자의 배열은 바뀌지만 물질의 총 질량은 서로 같다. 즉 물체가 고체, 액체, 기체 중 어떤 상태가 되어도 본래 그 물체가 가지고 있던 질량은 변하지 않는다는 것. 화학에서는 정량분석(定量分析)의 기본이 되는 중요한 법칙이다.
알베르트 아인슈타인의 상대성 이론 등장 후 '''에너지 보존의 법칙'''과 통합되어 명칭이 '질량-에너지 합의 보존 법칙'으로 바뀌었다. 그러나 질량과 에너지의 상호전환은 '일상적인 스케일'의 변화에선 완전히 의미가 없을 정도로 적은 양이기 때문에[1] 일반적인 화학반응에는 평범한 질량보존의 법칙이 성립하며 상대론을 고려할 경우에도 에너지 보존 법칙은 성립한다. 즉, 일반적인 화학 반응에서 물질의 에너지가 증가해도 그 질량변화 정도는 굉장히 작아서 관측할 수 없는 정도다. 빅뱅 우주론 같은 우주의 기원을 설명할 때 필수적으로 들어가는 법칙이기도 하다.
이 법칙은 근대 화학의 아버지 앙투안 로렌 라부아지에가 최초로 정식화하였다. 그러나 이전에도 미하일 로모노소프(Mikhail Lomonosov) 등이 언급한 바가 있다.출처[2]
예를 들자면, 수소 1g과 산소 8g이 반응하면 물 9g이 발생한다.
일정 성분비의 법칙에 의해 수소와 산소의 반응 질량비는 1:8이며, 또한 이때 수소는 2g당 1부피, 산소는 32g당 1부피이므로 부피비는 기체 반응의 법칙에 의해 부피비는 2:1.[3]
만화나 게임, 심지어 영화나 드라마에서도 아무리 봐도 질량 보존의 법칙에 어긋나는 묘사를 하는것을 자주 볼 수 있는데, 이는 연출이라거나 구성 상의 문제 때문에 과학 관련 오류 중 가장 빈번히 일어난다.[4][5]
質量保存─法則
'''요약본'''
1. 개요
닫힌 계의 질량은 상태 변화에 관계없이 변하지 않고 같은 값을 유지한다는 법칙이다. 물질은 갑자기 생기거나, 없어지지 않고 그 형태만 변하여 존재한다는 뜻을 담고 있다. 닫힌 계에서의 화학 반응에서는 (반응물의 총 질량) = (생성물의 질량) + (남은 물질의 질량)이란 수식을 만족하는데, 변화가 일어나기 전 물질의 총 질량과 변화가 일어난 후 원자의 배열은 바뀌지만 물질의 총 질량은 서로 같다. 즉 물체가 고체, 액체, 기체 중 어떤 상태가 되어도 본래 그 물체가 가지고 있던 질량은 변하지 않는다는 것. 화학에서는 정량분석(定量分析)의 기본이 되는 중요한 법칙이다.
알베르트 아인슈타인의 상대성 이론 등장 후 '''에너지 보존의 법칙'''과 통합되어 명칭이 '질량-에너지 합의 보존 법칙'으로 바뀌었다. 그러나 질량과 에너지의 상호전환은 '일상적인 스케일'의 변화에선 완전히 의미가 없을 정도로 적은 양이기 때문에[1] 일반적인 화학반응에는 평범한 질량보존의 법칙이 성립하며 상대론을 고려할 경우에도 에너지 보존 법칙은 성립한다. 즉, 일반적인 화학 반응에서 물질의 에너지가 증가해도 그 질량변화 정도는 굉장히 작아서 관측할 수 없는 정도다. 빅뱅 우주론 같은 우주의 기원을 설명할 때 필수적으로 들어가는 법칙이기도 하다.
2. 발견
이 법칙은 근대 화학의 아버지 앙투안 로렌 라부아지에가 최초로 정식화하였다. 그러나 이전에도 미하일 로모노소프(Mikhail Lomonosov) 등이 언급한 바가 있다.출처[2]
3. 예시
예를 들자면, 수소 1g과 산소 8g이 반응하면 물 9g이 발생한다.
일정 성분비의 법칙에 의해 수소와 산소의 반응 질량비는 1:8이며, 또한 이때 수소는 2g당 1부피, 산소는 32g당 1부피이므로 부피비는 기체 반응의 법칙에 의해 부피비는 2:1.[3]
4. 창작물에서
- 위에 예시로 나온 웹툰 골방환상곡에서는 축소 광선으로 차를 줄였지만 이 법칙 때문에 들고 가지 못하는 장면이 나온다.
4.1. 창작물에서 저지르는 오류
만화나 게임, 심지어 영화나 드라마에서도 아무리 봐도 질량 보존의 법칙에 어긋나는 묘사를 하는것을 자주 볼 수 있는데, 이는 연출이라거나 구성 상의 문제 때문에 과학 관련 오류 중 가장 빈번히 일어난다.[4][5]
- 거대화, 초재생능력이 등장하는 대부분의 작품
- 트랜스포머 시리즈나 용자 시리즈는 차량에서 로봇으로, 또는 로봇에서 차량으로 변신. 합체할 때 크기가 제멋대로 늘어났다 줄어들었다 한다. 예를 들어 일반적인 크기의 승용차가 실제 로봇으로 변신한다면 통상 5~6미터 정도가 되어야 하지만 막상 극중에 나온 모습을 보면 10미터는 거뜬히 넘기는 것처럼 보인다. 게다가 아예 브라이싱크론이라는 설정으로 이 오류를 메우고 있는데 문서를 보면 알겠지만 현실에선 물리법칙을 정면으로 거스르는 황당한 변신들이다. 더 자세한건 브라이싱크론 문서 참조.
- 포켓몬스터에서 거대 포켓몬을 몬스터볼로 잡아도 사실 질량 보존의 법칙에 의거하여 가지고 가는 것은 불가능하다. 혹은 트레이너의 근력이 인간을 초월하지 않으면 안된다.
- 드래곤볼의 호이포이 캡슐은 이 물리법칙을 정면으로 거스르는 대표적인 요소로 한 손에 들어가는 캡슐에 자동차, 집, 우주선 등 무게, 부피 가릴 것 없이 별게 다 들어간다.(...) 다만 이쪽은 개발자가 이미 중력 컨트롤 기술을 가진 상황이라 질량은 그대로여도 "무게"를 가볍게 만들면 해결이라는 의외로 과학적인 설정을 넣어서 어색하지 않다.
- 마블 코믹스에는 방사능 연구의 선구자인 정도로 천재 박사지만 본인이 때때로 의도치 않게 질량 보존의 법칙을 무시한다는 사실에 대해서는 의문을 갖지 못하는 신기한 분이 나오신다. 이 분도 계신다
- 원피스에는 킬로킬로 열매 등과 같이 몸무게를 마음대로 바꿀 수 있는 능력자가 등장한다.
- 탐정 오페라 밀키 홈즈의 유즈리자키 네로가 애니메이션에서 토이즈로 질량 보존의 법칙따윈 무시해 버리고 여러가지 기계를 창조하는 모습을 보인다.
- 도라에몽의 주머니를 생각하면 간단할 것이다.[6]
- W(드라마)에서 만화속으로 들어갈 때는 전체 질량이 줄어들고 반대인 경우에는 질량이 증가한다.
- 고바야시네 메이드래곤에선 크리스마스 파티를 위해 여러 드래곤들이 고바야시네 집에 모인다. 물론 그 좁은 집에 드래곤의 본모습으론 들어갈 수 없으니 인간화되어 들어가지만... 질량 보존의 법칙을 따를 경우 고바야시가 사는 아파트는 무너져버릴 것이다.[7] 비슷한 예로 용이산다가 있다.
- 피안도에서는 악귀라는 존재가 이 법칙을 무시한다.
[1] E=mc2의 공식에 쓰이는 단위가 전부 SI 단위 임을 생각하면 대충 감이 올 것이다. c2이면 대략 1017정도의 값이다.[2] 참고로 미하일 로모노소프는 이걸 먼저 발견한 사람들 중 한 명이었지만 당시 그의 소속국가가 라부아지에의 소속국가였던 프랑스보다 국제적으로 입지가 약해서 제대로 알려지지도 못했다고 한다. 여러모로 안습인 과학자다. 다만 체계적인 학문으로서 도식화 한건 라부아지에가 맞다. 애초에 인류사의 거의 모든 발명발견이 다 이런 식이다. 아인슈타인의 상대성이론도 어느날 갑자기 아인슈타인 머릿속에서 짠하고 떠오른게 아니다.[3] 수능 화학 최대의 적이다.[4] 근데 사실 지구와 달리 닫힌 계가 아니라고 하면 땡인 부분이기도 하다. 고전물리의 기본은 우리가 사는 지구를 닫힌 계로 가정하는 전제가 붙어 있으니까...[5] 사실 질량 보존의 법칙을 꼭 지킬 필요가 전혀 없기 때문에 많은 창작물에서 밥먹듯이 무시한다.[6] 도라에몽의 도구 중 두배로라는게 있는데 모든 물체가 5분마다 2배씩 증가한다.[7] 단, 본 작품은 이데아에 간섭하여 본체 자체가 인간형으로 치환되는만큼(즉, 변신이 아니라 바꿔치기) 해당사항이 아닐 수도 있다.