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영구기관

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불균형의 바퀴(Unbalanced Wheel)[1]

1. 개요2. 정의와 종류
2.1. 제1종 영구기관2.2. 제2종 영구기관2.3. 제3종 영구기관2.4. 제4종 영구기관
3. 현실에서의 영구기관
3.1. 유튜브에서의 주장3.2. 영구 자석을 이용하더라도 불가능하다3.3. 계속되는 주장과 "특허 출원"이라는 말장난3.4. 머나먼 미래에서의 가능성3.5. 결론
4. 가공의 영구기관 일람5. 관련 문서

1. 개요

영구기관(永久機關, Perpetual motion machine)은 열역학 법칙을 위배하는 가상의 기관이다. 열역학 법칙은 에너지의 양과 이동에 대한 제약을 정의하며, 영구기관은 이러한 물리법칙의 제약을 무시하는 기관을 의미한다. 물리학적으로 존재할 수 없는 기관이며, 그 어떤 영구기관도 존재하거나 입증된 바 없다.

2. 정의와 종류

'영구기관'이라는 것이 가상의 기관이기 때문에 실존하지도 않으며 일관된 정의와 분류 방법을 정하기가 어렵다. 당연히 주류 과학계에서 분류하는 방법도 없다. 국립국어원에서 발행한 표준국어대사전에 의하면 영구기관의 정의는 아래와 같다.
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.
국립국어원 표준국어대사전

즉 열역학 1법칙 또는 2법칙을 무시하는 기관을 의미한다.[2]

2.1. 제1종 영구기관

외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급받지 않고 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는 가상의 기관. 열역학 제1법칙(에너지 보존 법칙)을 어기므로 존재할 수 없다. 일반적으로 영구기관이라고 하면 제1종 영구기관을 뜻한다. 영구기관의 조건이라고 주장되는 여러가지 사항들도 보통 제1종 영구기관에 해당 된다. 제1종 영구기관에 대한 정의가 모호하여 외부에서 에너지를 공급받지 않고 계속 일을 할 수 있거나, 자기 혼자 계속 돌고 있는 등 여러 가지 말들이 난무하고 있는데 가장 정확하게 설명하자면 제1종 영구기관은 그냥 말 그대로 무(無)에서 영원히 에너지를 생성하거나 소멸할 수 있는 기관이다. 그게 열이건 전기건 동력이건 중요하지 않다.[3]

에너지의 개념이 정확하게 잡히지 않은 사람들은 '에너지를 생산하는 기관은 흔하지 않나.' 생각할 수 있겠지만 그렇지 않다. 에너지가 이동/변환되는 것을 '에너지 생산'이라고 착각하는 것이다. 열역학 제1법칙, 즉 에너지 보존 법칙의 정의는 '고립계에서 에너지의 총합은 일정하다.'는 것이다. 외부에서 에너지가 유입되지 않는 조건이라면, 계 내에서 에너지는 형태가 바뀌거나 이동만 할 수 있을 뿐 생기지도 않고 사라지지도 않으므로 에너지의 총량은 변하지 않는다. 우리가 기존에 에너지를 생산한다고 생각했던 자동차 엔진이나 발전소의 대형 발전기도 결국 각각 휘발유와 석탄의 화학 에너지를 외부에서 공급 받아 운동 에너지와 전기 에너지로 형태를 바꿔주는 기계일 뿐, 절대로 없는 에너지를 만들어내는 기계가 아니다. 심지어 영원불멸로 에너지를 뿜어줄 것 같은 태양조차도 내부에 있는 수소나 헬륨의 핵융합 반응을 통해 질량을 에너지로 바꿔 열 에너지를 뿜어내는 것이지, 없는 에너지를 생산하는 것이 아니다. 이 세상의 모든 기계와 생물과 물체들은 에너지를 이동하고 변환하는 과정이 있을지언정 절대적인 생산과 소멸은 존재하지 않는다.

더 나아가 에너지 보존 법칙의 정의를 우주로 확장하여 적용해보면 결국 우주는 하나의 고립계이므로 우주 내에 존재하는 에너지의 총량은 빅뱅 직후부터 종말까지 변화하지 않는다는 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 발견된 바가 없다. 에너지 보존 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 안 되는 일을 하는 기계가 바로 제1종 영구기관이다.

만일 우주가 고립계가 아니라면 우주 바깥의 외계에서 에너지가 유입되어 우주 전체의 에너지 총량이 변화할 수 있다. 그러나 그것은 외계로부터 에너지가 우주로 유입되어서 이루어지는 것이므로 결국 에너지 보존의 법칙은 깨지지 않으며, 당연히 제1종 영구기관도 성립할 수 없다. 에너지 보존의 법칙을 깨려면 고립계 내에서 열이 됐든, 전기가 됐든, 진동이 됐든, 그 외 다른 종류의 에너지가 됐든 아무 이유 없이 에너지가 무한히 생성되거나 소멸되어야 한다.

2.2. 제2종 영구기관

열 에너지를 100% 역학적 에너지로 전환 가능한 가상의 기관. 본래 고립계에서 엔트로피는 항상 변화량이 0이거나 증가하기만 할 뿐, 감소할 수 없다. 제2종 영구기관은 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 영구기관에서 설명했지만 고립계의 에너지 총량은 언제나 동일하며, 에너지는 결코 생산되지도, 소모되지도 않는다. 언제나 다른 형태로 변환하거나 이동을 할 수 있을 뿐이다. 그러나 이런 변환이 언제나 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 있다. 이런 안정된 상태를 다시 불안정한 상태로 되돌리기 위해서는 소비된 양보다 더 큰 에너지가 필요하며, 이러한 물리적 현상을 수치로 표현한 물리량이 엔트로피다. 자연적인 에너지의 이동은 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로만 이루어지며, 이를 에너지를 사용하여 다시 낮추더라도 이런 에너지를 사용하는 행위 자체가 엔트로피를 증가시키게 되어 고립계 내의 엔트로피는 반드시 증가한다. 결국, 열역학 제2법칙(엔트로피의 법칙)을 무시하는 것은 불가능하므로 제2종 영구기관은 존재할 수 없다.

2.3. 제3종 영구기관

열역학 제3법칙은 엔트로피를 이용해 절대영도를 정의하는 법칙으로, 절대영도에 가까워질수록 엔트로피가 0에 수렴한다는 법칙이다. 다만 어떤 계에서는 절대영도를 달성하더라도 엔트로피가 0이 아닌 경우가 있는데, 이는 물질의 바닥상태, 즉 최소에너지를 지니는 상태가 복수로 존재할 때 잔류 엔트로피가 남는다. 따라서 절대영도 조건에서 계의 엔트로피는 0이나 혹은 어떤 상수에 수렴한다.

유한한 단계의 과정으로 계가 절대영도에 도달할 수 없으며, 이를 위배하는 기관이 제3종 영구기관이다.

엄밀히 말해서 절대영도 도달불가능성과 열역학 제3법칙 사이의 관계는 어느게 더 근본적인지, 한쪽이 다른쪽으로 부터 유도가능한 성질인 지에 대해서 아직 여러 논란이 남아있다.

절대영도 문서에 음의 절대온도를 만들었다는 소식이 있지만 자세히 보면 알 수 있듯이 이는 통계역학적인 온도의 정의를 이용해 장난을 친 것에 불과하다. 열역학 법칙에는 전혀 문제가 없으며, 이는 영구기관의 존재와 완전히 무관하다. 역온도 문서 참조.

2.4. 제4종 영구기관

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 제오르제스쿠뢰겐(Nicholas Georgescu-Roegen)은 열역학 제4법칙으로 "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 엄청난 이익이 되며 유용한 기관이다. 하지만 고등학교 수준의 물리학을 배운 사람이라면 영구기관은 열역학 법칙을 위배하기 때문에 현대물리학을 완전히 뒤집어놓을 수준의 이론이 뒷받침되지 않는다면 제작이 불가능하다는 사실을 익히 알고 있다.

과학은 열려있는 학문이기에 상대성 이론이나 양자역학같이 일반인의 상식을 깨는 과학 이론들도 분명 존재한다. 하지만 이러한 이론들조차 과학의 시야를 넓힌 것이지 기존의 법칙을 부정한 것이 아니다. 결과적으로 영구기관이 존재한다고 주장하는건 자유이지만 어떠한 영구기관도 열역학 법칙과 대등한 수준의 동료평가를 통과하지 못했다는 것이 정확한 표현이다. 자칭 영구기관 제작자들은 이론적 배경조차 제대로 제시하지 못하고 물건만 달랑 내놓고선 소리만 지르기에 과학자들이 바로 퇴짜를 놓을 수 있는 것이다. 만약 누군가 영구기관을 제작할 수 있는 과학적 이론을 제시하고 그것이 동료평가를 통과한다면 영구기관 제작 자체는 따위라고 봐도 될 정도로 수많은 찬사를 받게 될 것이다.

물리학적으로 제1종, 제2종 영구기관은 불가능하고, 제3종 영구기관은 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 글[4]의 제목은 회전에서의 영점 요동: 에너지 전달이 없는 제4종 영구 운동이다. 이 글에서는 저자들이 고안한 타임 크리스탈이 영원히 운동을 계속할 수 있지만 열역학 법칙을 어기지 않기 때문에 제1종이나 제2종 영구기관이 아니고, 에너지를 저장하지 않기 때문에 제3종 영구기관도 아니라고 주장했다. 그러나 표준국어대사전이나 영어 위키백과# 등 제3종 영구기관을 설명하는 곳 어디에도 에너지를 저장해야 한다는 설명은 없다.

2018년 1월, 외부의 일이나 자유 에너지 소모 없이, 균일 온도의 고립계에서 그 안의 입자들을 특정 방향으로 이동시키는 데 성공했다는 연구가 나왔다.관련 내용관련 논문[5]. 겉보기에는 열역학 제 2법칙을 위배하는 듯 보여 이를 무한동력의 가능성으로 착각할 수 있다. 그러나 사실 이것은 정보 엔진에 대한 내용으로, 내부의 정보를 관측하여서 외부에서 일을 직접 해주지 않아도 마치 일을 해준 것과 같은 효과를 주는 것이다. 실은 정보 엔트로피의 존재 때문에 이 경우에도 열역학 법칙은 유효하다. 자세한 내용은 맥스웰의 악마 참고. 정보엔진, 질라드 엔진 등의 내용을 찾아봐도 좋다.

3.1. 유튜브에서의 주장


긱블에서 실제로 만들어보기도 했다. 하지만 영상과는 다르게 뛰어나가지 않아서 가속시켜주는 장치를 사용해야만 했다. 즉 장치의 도움 없이는 불가능하다는 것. 이후에는 키트로 만들어서 판매했다.


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 안 된다. 실제로 계속 동작하는 것처럼 보여도 그런 영구기관들은 상당수가 컨텐츠로서 그렇게 보이도록 만든 작품에 불과하다. 즉, 재미나 취미로 만든 것.

3.2. 영구 자석을 이용하더라도 불가능하다

영구 자석은 영구적인 자기력을 갖기 때문에 이 힘을 이용하면 영구기관을 만들 수 있지 않을까는 생각을 하기 쉽지만, 사실 영구자석은 이름과 달리 영원하지 않다. 이론상 이상적인 환경에서는 수백년 이상 유지되긴 하지만, 정말로 영원히 자성이 유지되는 것은 아니라는 뜻이다. 영구자석의 자기력은 힘이지 에너지가 아니며, 자기력이 일을 했다는 것은 에너지가 생긴 것이 아니라 전자기적 위치에너지가 운동에너지로 치환된 것뿐이다.

높은 곳에서 공을 떨어트려 공이 바닥에 떨어질 경우 확실히 지구중력은 공이 지면에 충돌하기 직전까지 운동에너지로 0에서 ½mv²만큼의 일을 했지만 그만큼 지면 기준에서의 위치에너지는 mgh만큼 감소하였으며 에너지 총량은 보존되었다. 즉, 영구자석 하나에 다른 영구자석을 놓아서 붙일 경우 영구자석의 힘은 분명 충돌 직전까지 운동에너지만큼 일을 했지만 그만큼 전자기적 위치에너지는 감소하였다. 만일 붙은 두 개의 자석을 떼서 다시 원래 상태로 되돌리려면 자석 두 개가 붙으면서 발생한 에너지보다 더 많은 에너지를 소모해서 강제로 떼어내야하며 그 과정에서 에너지 손실[6]도 있기에 열역학 제2법칙 또한 벗어나지 못한다. 전자석 또한 결과적으로 전기력을 자기력으로 치환하여 이용하는 것으로 에너지가 생성되거나 소멸한 것이 아니다.

영구자석을 만드는 과정은 비자화 물질에 전자기장을 걸어 도메인(domain)[7]을 한쪽 방향으로 정렬시켜 자화시키는 것이며 이 과정의 결과인 자석은 반영구적이지만 불가역적이기도 하다. 즉, 상(phase)이 바뀌지 않는 이상[8] 자화 이후 외부 전자기력이 없더라도 자석의 분극은 계속 정렬된 상태를 유지하며, 자석의 분극과 반대로 외부 전자기력을 걸어도 정렬 방향이 바뀔 수는 있어도 이전의 외력 없는 비자화 상태로 돌아갈 수는 없다. 물론 분극과 반대되는 자기력을 외력으로 일정량 가해서 자기력 평형을 만들 수는 있다. 하지만 이 경우에도 외력이 사라지면 자기력이 돌아온다.

3.3. 계속되는 주장과 "특허 출원"이라는 말장난

파리 왕립 과학 학술원은 앞으로 영구기관에 관한 제안을 접수하거나 다루지 않을 것입니다.
1775년, 프랑스 파리 왕립과학학술원
앞으로 영구기관에 대한 모든 특허출원은 반드시 실제 작동하는 모형을 함께 제출해야 합니다.
- 1911년, 미 특허국 공시 -

기억해야 할 점은 특허출원과 특허등록은 다른 것이다. 특허출원은 되지만 특허등록이 거절되면 특허의 효력이 없는 것이다.

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 제2조 발명의 정의로 거절시키는 것이 아니다. 이는 특허의 거절 이유로 할 수 있는 조항에 특허법 제2조가 없기 때문에 우회적으로 제29조 제1항 본문으로 거절하는 것뿐이다.

대학교의 물리학과나 기계공학과 교수들의 이야기로는, 이러한 영구기관을 주장하는 이들이 가끔 들어온다고 한다.[9] 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 응용지식만 아는 현장 기술자들이 이런 주장을 들고 나오는 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 된다고 추산했다.# 이중에는 영구기관을 만들 수 있다고 착각한 사람들뿐 아니라 후원금을 받아먹기 위해 영구기관이 가능한 것처럼 속여 사기를 친 경우도 있었다. 특히 미국의 존 킬리라는 사람은 물 1리터로 기차를 필라델피아에서 뉴욕까지 보내게 할 수 있다며 거액의 투자를 받았는데, 이 후원금을 탕진하며 죽고 난 뒤에야 사기라는 것이 밝혀졌다고..참고

반면 자연적으로 제공되는 에너지를 무한 동력으로 착각한 경우도 있는데, 존 콕스라는 사람은 1765년에 기압차를 이용해 반영구적으로 작동하는 시계를 만들기도 했다#[10]. 거의 130년동안 작동했다고 하며, 현재는 작동을 멈춘 상태라고 한다. 그는 이 시계를 영구기관이라고 주장했지만, 앞서 말했듯 기온에 따라 바뀌는 기압차를 이용한 에너지로 작동했기에 영구 동력이라고 할 수 없다. 낮에 태양광 에너지를 모아 밤에 켜지는 전등을 영구기관이라고 부를 수 없는 것과 같은 이치다.

가끔 대한민국의 유사과학자들이 영구기관을 만들었다고 주장하며 내놓는 물건이 있긴 하나[11] 전부 '그날 그날의 사정'이나 '여러 가지 이유'로 작동되지 않는다. 대표적으로 자기가 영구기관을 만들었다고 주장한 사람이 최윤식. 당연하지만 영구기관은 기관 자체가 파괴되지 않는 이상 외부의 상황이 아무리 달라져도 변함없이 작동해야 한다.[12]

2014년 6월 23일에는 서울 문래동에 사는 김광호라는 사람이 영구기관 발명에 성공했다고 주장했다.# 상용화하면 매출 1경 5천조 원. 순수익 5천조 원 이상이 될 것이라고 대놓고 유명 언론사 기자들을 데려다 놓고 영구기관 시연회를 서울프레스센터에서 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 않았고 내부공개도 하지 않았다. 이러한 지적에 대해 발명자는 '전구가 켜져 있는 것을 보면 모르느냐?'는 식으로 반문하였는데, 60와트 백열등은 20와트, 아니 4와트만 밀어넣어도 덜 밝을 뿐 켜지기 때문에 결국 전기에 대한 기초 상식도 없는 사기꾼에 불과하다. 게다가 기네스북에 기록된 '세계에서 가장 오래 켜져 있던 전구'인 '센테니얼 라이트'는, 원래부터 고급 부품으로 만든 고품질 전구이긴 했다지만 고작 19세기 백열전구 주제에 원래 60와트던 걸 4와트의 전압만 걸면서 버텨 무려 2024년 기준 123년을 버텨낸 경우도 있어서 전구 켜놓고 100년 방치해도 증명이 안 된다.

이를 믿게 되는 과정은 유사과학과 얼추 비슷하다. 일확천금을 바라는 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 몇만 번 실험으로부터 충분히 검증받고 절대적으로 많은 이론으로부터 지지받는 명백한 사실이며, 오히려 이러한 시도의 실패가 열역학 법칙을 여실히 증명해주는 것이다. 깨지더라도 미시적인 세계[13]에서 일어날 것이며 거시적인 세계에서, 그것도 영구기관과 같은 실용적인 용도로 사용하는 것은 불가능할 것이다.

음모론에서 꽤나 자주 거론되는 한 가지 이야깃거리이다.

스위스 베른 근교에 자리잡은 그리스도교 신앙공동체 마을 메테르니타(Methernitha)에서 테스타티카(M-L 컨버터라고도 한다.)라는 이름의 영구기관을 만들어냈다고 주장한다. 하지만 이 장치를 실제로 쓰는 사람들은 모두 이 공동체의 일원뿐이고 영구기관을 만들어냈다고 주장하는 사람도 이들뿐이다. 또한, 테스타티카에 태양열전지나 풍차 등이 달렸다는 추측도 있다.

TV 프로그램 《순간포착 세상에 이런 일이》에는 영구기관을 만드는 발명가 오필균이 소개되었다. 그런데 이 사람은 영구기관이 안 될 걸 알면서 취미로 만들고 있었다고 하니 무언가 비범한 듯.[14] 이때가 2005년인데 2013년 시점에서도 아직도 연구 중이라고 한다. 다른 발명도 병행하면서 2010년에는 '물받이 분리형 화분 양변기'라는 발명으로 특허 출원을 내기도 했다. 어쨌든 안 된다는 사실을 인지하고 취미로 만드는 것이니 사기가 목적은 아닌 셈.

2016년 9월 22일자 방송분에서는 김포시 시암리의 황충식이란 사람이 무한동력 발전기를 20년째 계속해서 만들고 있다며 너비 27미터, 높이 23미터, 무게 50톤 규모 구조물을 소개하기도 했다.# 2023년 황씨가 지병(암 재발)으로 사망하면서 해당 구조물은 2024년 늦봄 경 모두 철거되었다.

2020년 1월 30일에도 중력 부력 발전소 소장이라는 사람이 무한 동력 발전기를 만들어 전기를 생산한다고 세상에 이런 일이에 나왔다. 에어컴프레셔로 압축한 공기를 사용해 전기를 발전한다고 한다.#[15][16]

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 되리라 생각하는 경우가 대부분이다.

가령 진공상태에서 일어나는 양자요동 현상이 있다. 진공상태의 공간에서는 가상의 (+)소립자와, 가상의 (-)반입자가 생성되고, 동시에 서로 만나서 완전히 소멸한다. 이 시간은 매우매우 짧다. 소멸하기 전까지는 엄밀히 말해 엔트로피에서 벗어난 창조가 일어난 것이다. 빅뱅 이전의 허무에서도, 이런 진공 상태에서 생성되는 양자들이 우연히 미세하게 틀어져 소멸하지 못하게 되고, 이것들이 아주 오랜 세월에 거쳐 쌓여 빅뱅에 이르렀다고 여기는 학자들도 있다. 그러니 이 진공상태에서 출현하는 양자들을 소멸 전에 저렴하게 분리할 수 있다면.. 그러나 현실 가능성은 거의 불가능에 한 없이 가깝다. 분리할 수 있는 기술이 나타난다 해도, 분리해서 얻는 에너지보다 분리하는 데에 쓰이는 에너지가 더 크다면 의미가 없기 때문이다. 애초에 진공상태에서 출현하는 양자들은 그 양이 의미 있을 정도로 많지가 않다.

아니면 암흑 에너지로 인한 우주 팽창도 생각할 수 있다. 우주 팽창으로 인해 증가하는 위치 에너지를 다른 에너지로 바꿀 방법이 있다면...

3.5. 결론

마찰(공기저항 등을 포함한 모든 외적인 힘)이 없다면 영원히 움직이는 것 자체는 이론적으로 가능하나 거기서 다른 에너지를 뽑는다면 에너지 보존 법칙에 의해 움직이는 속도가 줄어들 수 밖에 없다. 애초에 지구에서 외부 힘이 없다는 것도 불가능할 뿐더러 손실을 상쇄시키기 위해선 결국 영구기관은 스스로 에너지가 증가해야만 하는데 이는 기존 물리학을 위배하는, 그것도 가장 본질적인 법칙인 에너지와 엔트로피의 법칙 자체를 뒤집어야만 한다. 물리학은 여러 이론들이 별개의 진술이 아니라 복합적으로 얽혀있는데 그중에서도 가장 근본인 에너지 법칙이 뒤집어진다면 그와 관련된 뉴턴의 운동법칙, 맥스웰 방정식, 슈뢰딩거 방정식 등 또한 뒤집어지는 물리학 자체가 붕괴되는 대사건이다. 그만큼 현실성이 없다는 것. 영구기관이 현실적으로 가능케 하려면 어느날 갑자기 발명되는 것이 아니라 에너지와 조금이라도 연관이 있는 가장 최신 법칙부터 근본인 에너지 법칙까지 하나하나 역순으로 반박하고 깨부셔야 하는 것이 옳은 순서다.

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 가지뿐이었다. 그중 하나는 예지력[17][18], 또 하나가 영구기관이었다. 온갖 불가능해 보이는 것을 가능하다고 이야기한 미치오 카쿠도 그렇게 말할 정도로 어려운 주제였다.

영구기관의 엄격한 정의를 만족하기보다 그저 손쉽게 얻을 수 있는 재료를 이용해서 다량의 에너지를 지속적으로[19] 산출하는 기관같은 것을 원한다면 핵융합 발전이나 다이슨 스피어같은 구상을 응용하여 에너지 투입량보다 에너지 산출량이 더 많은 기관을 고안하는 것이 더 현실성이 있을 것이다. 물론 이런 물건들조차 열역학 법칙을 벗어날 수는 없으며, 질량-에너지 동등성에 따라 질량이 에너지로 전환되는 것을 마치 에너지를 산출하는 것처럼 보이게 할 뿐이다. 또한 억겁의 시간동안 에너지를 균일하게 내뿜는 천체들은 의외로 많다. 블랙홀이라거나, 중성자별 이라거나 백색왜성 이라거나 적색왜성 등이 있다. 이것들은 인류가 닿기에는 매우 멀지만, 영구기관 보다는 가까운 존재다.[20]

과학적 이론에 근거한 인공 태양을 개발하는 것이 영구기관보다 더 현실적이며, 이것이 영구기관을 주장하는 엉터리 발명가들이 말하는 '막대한 에너지를 저렴하게 산출하여 엄청난 수익성을 보장하는 기관'의 목적에 더 가까운 물건이다.

4. 가공의 영구기관 일람

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이렇듯 영구기관은 현실성이 없지만, 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 진정한 의미에서 열역학 법칙을 위배하는 영구기관이 아니라, 초자연적 에너지원을 영구히 공급받아 작동하는 경우도 많다. 이 경우 '다른 차원에서 에너지를 끌어다 쓴다.'는 등의 변칙 설정이 붙어있다. 물론 이렇게 하면 에너지의 총량이 많아지므로 그 우주의 팽창/수축을 무시할 경우 진짜 영구기관과 마찬가지로 그 세계는 점점 뜨거워진다. 소설 《은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서》에서는 아예 과거나 미래에서까지 에너지를 끌어다 쓴다.[21] 그나마 타임 패러독스와 달리 그럴싸한 설정을 붙이기는 쉬운 편이어서 알게모르게 자주 나온다.

대놓고 나오는 영구기관 말고도 설정의 허점으로 튀어나오는 영구기관도 꽤 있다. 수치계산을 잘못해서 들어간 에너지보다 나오는 에너지가 더 많아진 1종 영구기관도 있지만 열이나 압력등을 그대로 에너지로 바꿔버리는 2종 영구기관도 흔하다. 이 정도는 창작물이 현실의 물리법칙을 완전히 따르기 힘들어 생기는 재현 오류에 가깝고, 설정상으로 무한동력이라고 명시되지 않는 한 영구기관이라고 부르기는 힘들다. 특히 게임의 경우 과한 노가다를 막기 위해 시스템적으로 무한동력과 무한자원이 가능한 경우가 많다. 이 외에도 워해머의 데몬 등 실제로는 단순히 일반적으로 사용하지 않던 에너지원을 쓰는 경우도 헷갈릴 수 있지만 영구기관이 아니다. 따라서 아래에 목록을 추가할 때는 가급적 설정상 영구기관이라고 명시된 것들만 작성이 되어있다.

5. 관련 문서


[1] 이 물건은 어디까지나 예시로 올려놨을 뿐, 마찬가지로 영구기관이 아니다. 처음에는 계속 돌아가는 것처럼 보여도 시간이 지나서 사람이 가했던 에너지를 소리, 마찰 등으로 다 소비하면 회전이 멈춘다. 사실 모터가 없으면 일반 바퀴보다 더 안돌고 빨리 멈춘다.[2] 제0종 영구기관은 삼단논법을 부정하므로 원리적인 측면에서 정의될 수 없다.[3] 사실 열, 전기, 동력은 얼마든지 서로 전환할 수 있기 때문에 무엇이 됐든지간에 다른 에너지로 바꿀 수 있다. 물론 에너지를 전환하는 과정은 열역학 제2법칙에 의한 제약이 존재하지만, 에너지를 무한히 생성하거나 소멸할 수 있는 제1종 영구기관이 증명된 시점에서 의미를 상실한다.[4] 논문이라고 착각하면 안 된다. 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 원고나 글에 불과하다.[5] 25달러[6] 에너지의 소멸을 의미하는 것이 아니라 엔트로피가 증가하는 방향으로 치환되었음을 의미한다.[7] 특정 재료는 재료 격자(material structure) 내에서 전자기적 평형점이 서로 일치하지 않거나 훈트 규칙에 의해 홀전자가 있어 오비탈 내 전자 스핀의 업다운이 평형이 아니다. 즉, 재료 격자 또는 원자 내 분극이 있다는 뜻이다. 하지만 분극의 방향은 제각각인데, 이 또한 모든 단위에서 무작위인 것은 아니고 불규칙한 규모끼리 정렬이 되어있으며 이는 그레인(grain)과 비슷하지만 같지는 않다. 이를 도메인(domain)이라고 한다. 이를 엄밀하게 이해하려면 양자역학에 대한 기본 지식이 있어야하며 관련 전공을 수료할 필요가 있다.[8] 예를 들면 자석을 녹여버리면 자성을 잃는다.[9] 그 밖에 비슷한 레퍼토리로 카르노 기관 효율을 능가하는 기기를 발명했다는 이들도 많지만 둘다 현대 물리학에 정면으로 위배된다. 다만 이쪽은 전통적인 열기관이 아닌 양자기관이라면 가능성이 있다고 한다.[10] 참고로 이런 원리를 이용한 시계는 이것 외에도 꽤 있다. 이 시계는 현재까지도 동작한다고.[11] 우리나라 특허청에 특허 신청만 한 영구기관만 해도 수십 가지가 넘는다고 한다.[12] 사실 이게 1종영구기관의 본질적인 문제인데 뇌터의 정리에 따르면 에너지 보존을 깨는 메커니즘은 본질적으로 외부 상황인 '시각'에 의존적이기 때문에 그날 그날의 사정에 따라 작동 못한다는게 의미 증명이 끝난 상황이다.[13] 이미 미시세계의 경우 제1법칙은 에너지-시간 불확정성 원리가 있고 제2법칙은 요동정리가 있다.[14] 영구기관을 개발하기 위해 사용되는 기술이나, 그게 아니더라도 불가능한 걸 모르고 연구하며 만든 기술 중에는 실생활에 꽤나 유용한 것도 있고(실제로 영구기관 개발기술들과 연금술은 화학의 발전 등 다양한 분야에 기여했다), 기존 기관의 에너지 효율을 높일 수 있는 것도 있다. 하지만 기술을 잘 이해하지 못해 개발자가 영구기관으로 오해하는 경우가 많고, 처음부터 사기 치기 위해 개발한 영구기관도 있다.[15] 개발자 말로는 부력과 중력은 소멸하지 않기 때문에 무한히 전력을 생산한다는데, 실제론 표면과 물의 마찰과 공기의 저항, 그리고 본인이 이용하는 중력과 부력에 의해 에너지가 소멸한다. 게다가 무한 동력이었으면 방송에서 에어컴프레셔로 켜서 동작하는 거를 보여줄 필요도 없이 처음 개발하고 초기에 에너지를 에어컴프레셔로 한번만 주입하고 지금까지 동작하고 있어야한다. 한국전력공사에서 생산한 전기를 사용해 불안정한 발전기를 돌리는 발상은 그냥 에너지 낭비다.[16] 비슷하게 중력을 이용한 전력 생산은 수력 발전이 있다. 당연하지만 수력 발전도 단순히 전기를 생산하는 목적으로 전력을 사용해 물을 높은 곳에 옮기는 것은 에너지 낭비일 뿐이지만, 자연적으로 내리는 빗물을 모으거나 전력 여유가 있을 시에 양수기로 물을 보관했다가 필요할 때 사용할 수 있도록 전력을 저장하는 데에 의의가 있는 전력 생산 방식이다.[17] 시간여행 전반을 말하는 것은 아니다. 시간여행은 1분류, 2분류에 속해서 가능하다고 보았다.[18] 여기서 예지력은 라플라스의 악마를 생각해보면 이해할 수 있다.[19] 어디까지나 인간의 수명에 해당하는 시간 스케일을 기준으로 재료 투입이 지속되는 경우를 전제한 것이다.[20] 다시 한번 정확히 짚자면 영구기관에 가까운 존재로 엄밀히 말해서 영구기관이 아니다.[21] 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.[22] 다른 이름은 아공간 증설기.[23] 다만 공식설정 상으로는 '반영구기관'이라고 정의하고 있어서 엄밀하게 진짜 영구기관처럼 무한정 돌아가는 건 또 아닌 듯하다.[24] '환상'이 존재하는 환상향에서는 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.[25] 절대 죽지 않는 영원의 악마를 체인소로 절단, 절단 부위에서 흘러나오는 피를 마시고 회복을 끊임없이 반복했다. 이 때 영구기관이 완성되고 말았으니 노벨상은 따놓은 당상이라고 말하는 대사가 압권.[26] 출처는 Codex: Skitarii, 7th Edition, p.30

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