물체는 잘게 쪼개면 분자와 원자로 되어 있다. 눈에 보이는 것이 전부가 아니다. 고체도 알고보면 분자의 집합체이다. 수증기도 분자의 집합체다. 둘은 구성성분이 동일한데, 보이는 것이 다르게 나타날 뿐이다. 근원적으로 분해해서 관찰하면, 동일한 현상에 대해 다른 해결책이 보인다. 물체는 분자들의 결합이며, 분자들은 쉴 틈 없이 움직이고 있다. 고체상태로 있는 분자들도 서로가 서로에게 붙어있지만, 움직이고 있다. 마치, 감옥에 있는 죄수들이 감옥안에서 움직이는 것과 같다. 움직이는 간극이 좁을 뿐, 부들부들 떨면서 움직인다. 온도는 따뜻한 정도인데, 물리적 측면에서 해석하면, 분자들의 운동상태를 말한다. 운동이 활발하면 고온, 잠잠해지면 저온이다. 삼겹살을 구울 때 저온에서 구우면 기름끓지 않는다. 미지근해서 삼겹살이 익지 않는다. 반면, 고온에서 구우면 삼겹살이 과자가 될 정도로 바싹 타오르면서, 기름이 튄다. 고온은 이처럼 분자를 운동시킨다. 온도가 점점 낮아지면 분자의 운동이 점점 식어진다. 죽은 자는 말이 없다. 이처럼 움직임이 없는 분자는 차갑다. 최저의 온도는 우주에서 -273도라고 한다. 더이상 내려갈 수 없는 온도다. 더이상 올라갈 수 없는 온도는 없다. 온도는 무한대로 올라간다. 단, 분자가 파괴되고, 그 상태를 플라즈마라고 할 뿐이다.
열량이 공급되면서 온도가 올라갈수록 액체는 팽창한다. 왜냐면 분자가 운동을 하기때문이다. 고체, 액체, 기체를 생각하면 금방 알 수 있다. 점점 팽창하면서, 더 멀리 날아가고 싶어한다. 사람도 점점 지식이 쌓이면서, 실력이 갖춰지면 더 멀리 가서 일하고 싶어한다. 작은 우물안에 머물러 있길 원하지 않는다. 온도가 높아질수록 팽창, 낮아지면 수축한다. 과학의 기본원리다. 온도가 뜨거워지면 분자간 결합력을 끊어내면서, 분자와 분자가 서로 자유롭게 날아가게 된다. 그래서 분자간 거리가 멀어지면서 팽창하는 것이다. 고체는 따닥따닥 분자간 거리가 좁지만, 기체는 하늘을 붕붕 날아다닌다. 고체는 쉽게 말하면 군대이고, 기체는 하늘을 날아다니는 새와 같다. 고체가 액체가 될 때, 녹는 점이다. 액체가 기체가 될 때, 끓는 점이다.
온도는 열의 상태를 표시하는 것이다. 온도의 근원은 ‘열량’이다. 고온의 물체와 저온의 물체가 만났다면, 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 그처럼 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르고, 둘의 온도가 같아질 때 평행을 이루면서, 열의 이동이 멈춘다. 사람끼리도 지식의 차이가 있을 때, 더 많이 아는 사람이 모르는 사람에게 정보를 전달하는 것이다. 그리고 상대가 정보를 모두 알면, 정보의 흐름은 멈춘다. 온도의 차이가 곧 열의 이동을 만드는 것이다. 우리가 자주 혼동하는 것 중에 하나가 쇠는 차갑고, 스트로폴은 따뜻하다는 것이다. 겨울에 쇠는 차갑고, 스티로폴은 뜨거울까? 집밖 마당에 놓여있는 도끼와 스티로폴이 있다. 도끼날을 잡으면 정말로 차갑다. 스티로폴은 차갑지 않다. 사실이다. 그러나, 둘의 온도는 같다. 마당에 있는 둘의 온도는 대기온도와 같다. 그런데 왜 체감온도가 다를까? 그것은 열전달능력이 달라서 그렇다. 쇠는 열을 금방 전달하고, 스티로폴은 열을 금방 전달하지 않는다. 사람끼리도 말을 금방 전달하는 사람이 있고, 과묵한 사람이 있다. 어떤 사람은 들은 말을 마음에 간직하고, 어떤 사람은 들은 말을 즉시 옆사람에게 전달한다. 전달속도가 정말 빠르다. 촉새라는 별명을 가진 사람이다. 이처럼 쇠는 열을 금방 전달한다. 그래서 삼겹살을 구을 때 숟가락을 올려 놓으면 끝이 뜨겁다. 반면 나무 젓가락은 열을 쉽게 전달하지 않는다. 이런 이유 때문에 추운 겨울에 마당에 있는 쇳덩이를 손으로 잡을 경우, 손의 열기가 즉시 쇠로 전달되면서, 손끝의 열이 뺏기니까 차갑다고 느낀 것이다. ‘차가움’은 쇠가 아닌, 손에서 느끼는 온도다. 스티로폴은 손의 열기를 뺏어가지 않는다. 열의 이동은 고체가 가장 빠르고, 기체는 정말로 느리다. 우리는 이것도 혼동한다. 기체가 열의 이동을 높일 것처럼 느껴져도 사실은 그렇지 않다. 공기는 열을 전달하지 못한다. 왜냐면 기체와 기체의 거리가 너무 멀어서 열을 쉽게 전달할 수 없다. 오히려 고체가 열을 더 빨리 전달한다. 이런 이유로 집의 단열재는 ‘공기’가 가장 중요하다. 벽체에 단열재를 넣을 때 공기가 통할 수 있도록 넉넉하게 해야 한다. 공기가 곧 단열재이기 때문이다. 모닥불을 피우면, 반경 1m안에서 열기가 따뜻할 뿐, 그 너머로 가면 열은 전달되지 못하고 흩어진다. 이처럼 공기는 단열재 역할을 한다. 내복을 입는 경우 내복때문에 따뜻한 것이 아니다. 내복과 바지 사이에 공기가 있어서 따뜻한 것이다. 옷을 3겹으로 껴입을 경우, 아무리 추워도 냉기가 몸에 닿지 않는다. 완벽한 단열재는 ‘공기’다. 옷을 여러겹 겹쳐서 입는 것이 생활의 지혜다. 오리털 파카를 입을 경우, 그 자체가 3중으로 되어 있어서 ‘공기층’이 있기 때문에 겨울철의 혹한을 방비할 수 있는 것이다. 옷은 공기가 많을수록 따뜻하다는 사실, 기억할 필요가 있다.