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[영상] 아이스크림 만들다 ‘2천 년 전 비밀 발견’··· 음펨바 효과
  • 조동주 기자
  • 승인 2018.07.04 11:35
출처=유튜브 영상 캡처

1963년 탄자니아의 에라스토 음펨바(Erasto Mpemba)가 중학교 3학년 조리 수업 시간에 끓인 우유와 설탕을 섞은 용액으로 아이스크림을 만드는 실습을 할 때였다.

당시 실습실 냉동고 공간이 좁아 자리를 먼저 확보하려고 미처 식히지 않은 용액을 그대로 넣었는데 얼마 후 냉동고 문을 연 음펨바는 놀라운 사실을 발견했다.

용액을 식히고 나서 얼린 친구들 보다, 식히지 않고 그대로 넣은 게 먼저 얼어 있는 게 아닌가!

음펨바는 선생님께 당시 그 현상에 대해 말했다가 ‘착각한 것’이라는 대답만 들었다. 이후 다시 실험해도 여전히 뜨거운 물이 더 빨리 어는 걸 확인해도 친구들은 여전히 “그건 음펨바의 물리학이야” “음펨바의 세계에서는 그렇겠지”라며 믿지 않고 비웃었다.

1년 뒤 음카와 고등학교 1학년이 된 음펨바는 물리학자 데니스 오스본 교수의 초청 강연이 끝난 뒤 “같은 부피의 물을 냉동실에 넣었을 때 100도의 물이 35도의 물보다 빨리 어는 이유가 무엇입니까?”라고 그동안 궁금했던 질문을 던졌다.

처음에는 오스본 박사도 반신반의했으나 후에 대학으로 돌아와 음펨바의 실험이 사실임을 확인했다. 이후 오스본 교수는 음펨바와 함께 연구 정리한 결과를 1969년 ‘Physics Education’ 저널에 게재했다.

사실 ‘음펨바 현상’ 자체는 이미 2000년 전 아리스토텔레스가 기록한 ‘어떤 성질이 그 상반되는 성질을 더욱 강하게 한다’는 안티페리스타시스(antiperistasis)를 근거로 과학자들이 꾸준히 연구해 왔으나, 현대과학의 관점으로는 적절한 설명을 내놓지 못해 흐지부지돼 왔다.

그렇다면, 2013년 싱가포르 난양이공대학 연구팀이 그 원인을 밝혀낸 ‘음펨바 현상’은 무엇일까?

물 분자들을 가까이 붙이면 분자끼리 수소결합(hydrogen bond)으로 서로 끌어당기고, 이때 수소와 산소 원자 사이의 공유결합(covalent bond)이 길어지며 에너지를 축적하게 된다. 이 물을 끓이면 수소결합(Hydrogen bond)도 길어지면서 물의 밀도가 줄어들게 되고, 이때 공유결합(covalent bond)이 다시 줄어들며 축적했던 에너지를 방출한다.

즉, 연구팀은 이 수소결합이 물 분자의 에너지 축적과 방출에도 관여한다는 사실을 확인했고, 각각 온도가 다른 물을 얼리면서 에너지 방출량을 측정해 ‘음펨바 현상’ 이론을 입증한 것이다.

2천 년 전 선조의 지혜는 이렇게 다시 살아났다.

아이스크림 덕분에…

조동주 기자  

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#아이스크림#음펨바효과#아리스토텔레스
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