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요약본
Law of Conservation of mass | 質量保存─法則
1. 개요
프랑스의 과학자인 앙투안 라부아지에가 발견한, 닫힌 계의 질량은 상태 변화에 관계없이 변하지 않고 같은 값을 유지한다는 법칙이다.물질은 갑자기 생기거나, 없어지지 않고 그 형태만 변하여 존재한다는 뜻을 담고 있다. 매우 단순하고 당연한 말 같지만 수많은 과학 이론들의 받침이 되는 아주 근본적이면서도 중요한 위치에 있는 법칙이다. 닫힌 계에서의 화학 반응에서는 (반응물의 총 질량) = (생성물의 총 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. 중3 과학 시간에 중요하게 다뤄지는 법칙.
알베르트 아인슈타인의 상대성 이론 등장 후 에너지 보존의 법칙과 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 질량 보존의 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. 창작물에서
창작물에서는 흔히 무시되곤 한다. 거대한 질량이 순식간에 나타나거나 사라지는 것은 작품을 전개하는 데 매우 편리한 요소이기 때문이다. 어차피 창작물에 등장하는 개념을 독자가 질량을 재볼 수 있는 것도 아니니 이를 두고 '질량이 손실되었지 않느냐' 라고 문제 삼을 수도 없는 노릇이다. 오히려 창작물에서 흔히 그러듯 질량 보존의 법칙을 무시하는 줄 알았는데 질량이 유지되어 특이한 전개를 보이는 예들이 드물게 나타난다.[2]아래는 창작물에서 질량 보존 법칙이 적용되지 않는 것처럼 보이는 예이다.
- 트랜스포머 시리즈나 용자 시리즈는 차량에서 로봇으로, 또는 로봇에서 차량으로 변신하고 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. 본 작품에서는 브라이싱크론이라는 설정으로 이 오류를 메우고 있다.
- 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. 설정상 개발자가 이미 중력 컨트롤 기술을 가진 상황이라 질량은 그대로여도 '무게'를 가볍게 만들면 해결이라는 의외로 과학적인 설정을 넣어서 어색하지 않다.
- 마블 코믹스에서 헐크는 방사능 연구의 선구자인 정도로 천재 박사지만 본인이 때때로 의도치 않게 질량 보존의 법칙을 무시한다는 사실에 대해서는 의문을 갖지 못한다. 애당초 작아져서 개미를 타고 다니는 앤트맨 같은 히어로도 있으니 현실 감각이 무뎌질 만도 하다. 앤트맨은 일단 "원소의 구성요소 사이 진공 공간을 축소 또는 확대한다" 식으로 설명을 시도하긴 한다.
- 탐정 오페라 밀키 홈즈의 유즈리자키 네로가 애니메이션에서 토이즈로 여러가지 기계를 생성해낸다.
- 도라에몽의 4차원 주머니 역시 질량 보존 법칙을 지키지 않는다. 다만 4차원이니 다른 차원으로 질량을 옮긴다고 설명할 수 있을 것이다. 도라에몽의 도구들 중에서는 모든 물체가 5분마다 2배씩 증가하는 '두배로' 등 질량 보존의 법칙을 대놓고 무시하는 것들이 많다.
- 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 그만큼 단단하지 않는 이상[3] 무너져버릴 것이다.[4] 비슷한 예로 용이산다가 있다.
- 피안도에서는 '악귀'라는 존재가 이 법칙을 무시한다.
- 포탈 시리즈에서는 '피즐러' 라는 방어막이 각 실험실 출구에 허용되지 않은 물질들을 질량보존법칙을 무시하고 분해해 버린다. 만약 그 자리에서 기체로 만들어버리는 것이라면, 기체가 고체에 비해 부피가 훨씬 크므로 폭발이 일어나게 된다.
3. 여담
- 라부아지에가 발견한 것으로 알려져 있지만, 세간의 많은 발견/발명들이 그렇듯[5] 이전에도 비슷한 발견을 한 사람이 아주 없었던 것은 아니다. 미하일 로모노소프(Mikhail Lomonosov) 역시 라부아지에 이전에 질량 보존 법칙을 언급한 바 있다.출처 그러나 당시 그가 살던 러시아 제국은 라부아지에가 살던 프랑스보다 국제적으로 입지가 약해서 제대로 알려지지 못했다.
[1] [math(E=mc^2 )] 공식을 살펴보면, [math(c^2)]이면 대략 [math(9 \times 10^{16})]정도의 값이다. 약 9경 정도의 값이다. 그런데 우리 일상생활에서 이 정도로 큰 스케일의 에너지가 변환되는 것은 볼 수가 없다. 이는 일상생활에선 변환되는 [math(m)], 즉 질량의 값이 매우 작아 거의 없는거나 마찬가지이기 때문이다.[2] 웹툰 골방환상곡에서는 축소 광선으로 차를 줄였지만 이 법칙 때문에 들고 가지 못하는 장면이 나온다. 또봇 V에도 비슷한 에피소드(당첨! 하나 더!)가 있다.[3] 하지만 드래곤은 비행 능력이 있다. 즉 인간화되어도 비행 능력만 사라지지 않았다면 바닥으로부터 약간만 떠있어도 집이 무너지지는 않을 것이다.아니 근데 그 질량으로 비행하면 결국 그 무게만큼 밑으로 힘을 주는 거니까 그게 그거 아닌가[4] 단, 본 작품은 이데아에 간섭하여 본체 자체가 인간형으로 치환되는만큼(즉, 변신이 아니라 바꿔치기) 해당사항이 아닐 수도 있다.[5] 근대의 이론이나 발명품들은 대체로 최초로 이룩한 사람이 동시다발적으로 나타난다.