1. 자석을 이용한 무한 동력
자석을 만들기 위해서는 에너지가 필요합니다. 자화(Magnetization)를 위해서는 전자의 스핀을 한쪽으로 정렬해야 하기 때문입니다. 쉬운 예를 들어 설명하자면, 우리가 자석을 둘로 쪼갰다고 가정을 해봅시다. 모두들 아시다시피 자석은 쪼개져 둘로 나뉘어도 홀극이 생기지 않습니다. 대신 각각의 조각이 다시 하나의 온전한 자석처럼 행동하죠. 그러면 이 때 이 두 자석이 가장 안정적으로 존재하는 상태는 무엇일까요.
답은 한쪽 자석이 뒤집히는 겁니다. 그럼 서로가 붙어버리기 때문에 더 이상 그 자리에서 움직이지 않겠지요. 즉, 가장 낮은 에너지 상태가 되는 겁니다. 같은 원리가 미시 세계에서도 적용됩니다. 전자의 스핀이 서로 완전히 반대가 되게끔 정렬되는 게 가장 에너지가 낮습니다. 다시 말해, 안정적입니다.
물론 당연히 위 그림은 좀 극단적인 예이고 실제로는 전자 하나하나가 저렇게 되지는 않습니다. 일정한 구획마다 방향성이 다릅니다. 아래 그림처럼요. (하지만 전체 방향성을 다 더하면 0입니다.)
이 안정적인 상태를 부수고 한쪽 방향으로 스핀을 정렬하려면 에너지가 필요합니다. 즉, 자석을 만드는데도 에너지가 들어갑니다. 자세한 내용은 좀 어렵기 때문에 패스하겠지만, 일단 자화가 진행되고 나면 외부에서 다시 역방향으로 자화를 걸어주지 않는 한은 안정하며, 당연히 자화가 진행되었기 때문에, 위 그림보다 높은 에너지 상태를 유지합니다.
그러나 자석을 이용해 무언가 일을 하게 되면 그만큼 자석이 갖고 있는 에너지를 소모합니다. 이는 스핀을 정렬하고 있는 에너지가 소모되어 낮은 에너지 상태, 즉 위 그림과 같은 상태로 다시 돌아가게 됨을 의미합니다.
따라서 자석을 이용해 영구 기관을 만드는 건 불가능합니다. 그리고 자석을 이용해 자화가 풀릴 때까지 할 수 있는 일의 양은 정확하게 자화를 걸기 위해 행한 일의 양과 일치합니다.
2. 중력을 이용한 무한 동력
힘과 에너지를 착각하는 사람들이 많습니다.
중력은 힘입니다. 힘만으로는 '아무 것도 할 수 없습니다'.
쉬운 예를 들자면 중력이 우리에게 늘 작용하고 있지만 우리가 중력을 피부로 체감하는 순간은 중력에 거슬러 움직일 때 뿐입니다. 왜냐하면 우리가 움직이기 위해 소모하는 것은 에너지이지 힘이 아니기 때문입니다. 중력 그 자체로는 우리가 에너지를 사용할 필요가 없습니다. 바닥에 가만히 누워있기 위해 에너지가 필요한가요? (생명 활동을 유지하기 위해서는 에너지가 들어가긴 하겠지만.)
마찬가지입니다. 우리가 중력에 맞서기 위해 에너지를 소모하는 경우는 중력을 거스를 때 뿐이듯, 에너지의 생산에도 동일한 개념이 적용됩니다. 중력으로 에너지를 생산하려면 필연적으로 중력에 거슬러 위치 에너지를 만들고 그것을 다시 동력으로 변환할 필요가 있습니다. 따라서 투입된 에너지 이상의 동력을 생산할 순 없습니다.
힘은 소모되지 않습니다. 맞아요. 하지만 에너지는 소모됩니다.
중력은 소모되지 않습니다. 하지만 중력에 의한 에너지는 소모됩니다. 중력을 가지고 에너지를 생산하기 위해선 그만큼의 에너지를 넣어줄 필요가 있습니다.
