토트샘의 새로운 전자책을 소개합니다.
“The Origin of Force: A Unified Interpretation of Mechanics, Thermodynamics, and Information through IG–RUEQFT / 힘의 근원: 운동·에너지·비가역성 그리고 정보게이지장”
(https://doi.org/10.5281/zenodo.17698849)
유튜브 구독자들에 대한 선물로 무료 공개합니다.
서론: 왜 이 책이 필요한가
우리는 중학교에서부터 “힘 = 질량×가속도”, “에너지 보존”, “엔트로피 증가” 등을 배워왔습니다.
그런데 한편으로는 “왜 퍼텐셜 에너지가 생기지?”, “왜 힘은 기울기로 나오는 거지?”, “왜 운동에너지가 위치에너지로 바뀌는가?” 등의 질문이 막연하게 남아 있기도 합니다.
이 책은 그런 근본적인 질문들에 대답하며, 동시에 정보이론과 게이지이론이라는 모던한 시각을 고전역학·열역학·공학 시스템까지 통합해 보여줍니다.
책의 핵심 아이디어
① 힘과 운동, 에너지의 재해석
- “힘 = 퍼텐셜의 기울기”라는 표현을 “정보의 기울기(information gradient)”로 봅니다.
- “운동량 = 물체가 가진 정렬된 정보 흐름”으로 해석됩니다.
- 에너지는 정보 구조의 방식(저장된 정보-변형 가능한 정보)을 나타내는 개념으로 재정의됩니다.
② 열역학과 비가역성
- 엔트로피는 단순히 ‘무질서도’가 아니라 되돌릴 수 없는 정보 손실로 봅니다.
- 비가역성은 “정보전류가 보존되는 경로(정보지오데식)를 벗어난 흐름”으로 해석됩니다.
- 열역학 퍼텐셜(헬름홀츠·깁스 등)은 ‘사용 가능한 정보량’이라는 개념으로 확장됩니다.
③ 실제 시스템 예제로서 배터리–모터
- 배터리에서 화학 퍼텐셜 → 전기 퍼텐셜 → 전류 흐름 → 모터의 회전 운동까지의 에너지 전환 과정을 상세히 분석합니다.
- 이 과정에서 생기는 내부저항, 마찰, 열손실 등이 왜 발생하는지, 정보 흐름 관점에서는 왜 “손실 = 정보 소산”으로 볼 수 있는지 설명합니다.
- 엔지니어링적 설계 관점까지 연결되어 있어, 물리학과 공학의 접점을 찾는 독자에게 특히 유용합니다.
④ IG–RUEQFT: 통합적 틀
“정보게이지장 Λμ와 “정보전류 Jinfoμ”라는 개념을 도입해 물리계를 하나의 정보장으로 보는 시도를 합니다.
- 정보게이지장의 시간 성분·공간 성분
- 정보곡률 Fμν 가 물리적 힘·퍼텐셜로 대응
- 작용 S=∫(T−U) dtS 를 정보적 길이(정보 지오데식)로 재해석
이 구조 덕분에 고전역학, 양자역학, 열역학, 정보이론이 하나의 언어로 연결됩니다.
독자에게 주는 3가지 가치
- 직관적이고 통합된 물리학 이해
고전·열·공학을 각각 따로 공부했던 이들에게 “왜 이게 다 연결되는가”라는 통찰을 제공합니다. - 정보 관점에서의 새로운 시각
힘·에너지·운동량이라는 익숙한 개념들이 “정보의 흐름과 기울기”로 다시 보입니다. - 실제 설계와 연결된 통합 응용
배터리–모터 시스템 분석은 단순 이론을 넘어 현실 공학 문제와 연결됩니다.
물리학 전공생 뿐만 아니라 공학도, 연구자에게도 흥미로운 적용이 됩니다.
한 문장 소개
“이론을 넘어서, 정보의 흐름으로 모든 운동을 바라보다”
“힘을 배운다면, 정보를 이해하라”
“엔트로피는 단지 무질서가 아니라 사라진 정보다”
마무리
물리학이란 “세상이 왜 이렇게 움직이는가?”라는 질문에 대한 답입니다.
이 책은 그 고전적인 질문을 다시 한 번 던지면서,
정보라는 새로운 언어와 게이지장이라는 틀을 빌려
우리가 알고 있는 힘·운동·에너지의 개념을 새롭게 바라봅니다.
물리학을 공부하는 학생, 공학 설계에 관심 있는 엔지니어, 정보이론적으로 세계를 보고 싶은 독자 모두에게
추천할 만한 책입니다.
🔗 DOI 링크: https://doi.org/10.5281/zenodo.17698849
