1. 온도(temperature)

불(fire)과의 만남은 초창기 인류에게 매우 두려운 경험이었을 것이다. 50 만 ~ 100 만년 전 무렵, 인류는 마침내 두려움을 극복하고 불을 제어하기 시작한다. 

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우리는 흔히 온도(temperature)가 신체 감각 중 하나라고 생각한다. 그러나 막연히 뜨겁다든지 차갑다든지 하는 감각은 수량화가 되지 않을 뿐만 아니라 여러가지 혼란의 원인이 되기도 한다. 예를 들자면, 온천물이 40 ℃ 를 넘으면 우리는 견딜 수 없지만, 사우나 속에서는 100 ℃ 를 넘어도 꽤 오래 견딜 수 있다. 신체 감각은 온도에만 관련되어 있지 않고, 열량에도 관련되어 있기 때문이다. 이처럼 온도와 열량의 개념을 구분할 수 있게 된 것은 오직 온도계(thermometer)라는 측정 장치가 발명된 이후의 일이다. 

By Museo Galileo - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50076200

16 세기에 이르러 갈릴레오가 위에 보이는 것과 같은 온도계를 발명하였다. 아직 온도의 개념이 확립되지 않은 상황이었고, 따라서 눈금을 어떻게 정의할 것인지도 몰랐다는 한계가 존재한다. 

By Museo Galileo - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50076200

높은 온도에서 구 내부의 공기는 팽창하면서 액체를 밀어낸다. 온도의 표준이 되는 상태를 정의하면 이는 곧 온도계가 된다. 이 온도계의 실질적 한계는 대기압의 변화로 인한 기체 부피의 변화를 구분하지 못한다는 점이다. 그러나 대기압의 변화가 없고 유리관이 균일하다면, 이는 아주 좋은 온도계가 된다. 

이것은 선뜻 믿기에는 너무 간단한 것처럼 느껴진다. 두 학생이 각기 다른 크기의 플라스크를 가져와서 각기 다른 종류의 기체를 사용하여 온도계를 만든다고 하자. 셀시우스의 정의에 따라 눈금을 새긴 다음 실험실의 기온을 측정한다면, 이 두 학생의 온도계는 같은 온도를 가리킬 것인가? 

그 답은 놀랍게도 "예"이다. 아니라면 온도계라는 이름이 붙을 수 없었을 것이다. 이런 놀라운 결과의 원인 규명은 많은 과학자들의 숙제가 된다. 어쨌든, 이제 우리는 플라스크 내의 공기를 기술하는 두 개의 변수, 즉, 온도 T 와 부피 V 를 갖게 되었으므로(그리고 압력 p 는 간단한 역학 장치로 구현 가능하므로), 이들 변수를 사용하여 기체의 성질을 연구할 시점이 되었다.