알쏭달쏭 과학상식-절대0도

절대영도(絶對零度)로 알려진 영하 273℃ 이하의 온도는 과연 존재할까. 결론부터 말하자면 불가능하다. 절대영도는 정확히 영하 273.16℃. 절대온도 0도(0K)라고 부르기도 한다. 절대영도가 존재하는 이유는 이 온도에서 열역학적으로 최저 에너지 상태에 이르기 때문. 다시 말해 온도가 낮아질수록 물질은 기체에서 액체, 고체로 상태를 바꾸는데 절대영도가 되면 더 이상 내부에너지를 방출해 모습을 바꿀 상태가 없다는 뜻이다.

최저온도의 존재는 온도가 내려감에 따라 기체가 한없이 수축하는 현상에서 예견된 바 있다. 그러나 실제로 기체의 부피가 0에 이르는 수축은 있을 수 없기 때문에 절대영도는 이론적으로 존재하는 온도일 뿐이다. 기체의 상태방정식(PV=kT, P는 압력, V는 부피, T는 절대온도, k는 상수)을 따르는 이상기체를 생각할 때 부피가 0이 되는 온도가 나온다. 바로 이 온도가 한계온도인 절대영도다. 실험적으로 절대영도에 도달하기는 불가능하다. 90년대 초반까지 실험실에서 국소적으로 도달한 가장 낮은 온도는 0.00000005K 정도.

한편 지구상에서 만들어낸 가장 높은 온도는 수소핵융합 시 발생하는 1천만K정도. 태양의 코로나와 같은 대단히 낮은 압력의 기체에서도 불과 수초간 유지될 뿐이다.