우리가 매일 사용하는 물에 대한 놀라운 과학적 미스터리가 있습니다.
바로 뜨거운 물과 차가운 물 중에 어떤 것이 더 빨리 얼까요? 하는 질문입니다.
믿기 어려울지도 모르지만 과학자들조차 정확한 답을 모릅니다.
생각해 보세요.
물과 냉동고만 있으면 누구나 간단하게 실험할 수 있는 것 같은데,
왜 과학자들조차 답을 모를까요?
실험 자체는 간단하지만 실제로는 복잡한 이유가 있습니다.
전 세계 과학자들이 뜨거운 물과 차가운 물의 얼음 속도를 비교하는 실험을 수행했습니다.
놀랍게도 때로는 뜨거운 물이 더 빨리 얼고, 때로는 차가운 물이 더 빨리 얼는 결과가 나왔습니다.
더욱 흥미로운 것은 이러한 실험 결과가 항상 재현되지 않는다는 점입니다.
뜨거운 물이 더 빨리 얼어붙는 현상은 '음펨바 효과(Mpemba Effect)'라고 불립니다.
1963년 13살이던 에라스토 음펨바(Erasto Mpemba)가 친구들과 아이스크림을 만들 때 이 현상을 처음으로 관찰했습니다.
그는 뜨거운 우유로 만든 아이스크림 혼합물이 차가운 우유로 만든 것보다 더 빨리 얼었다는 것을 발견했습니다.
흥미롭게도 음펨바가 처음으로 이 현상을 관찰한 사람은 아니었습니다.
무려 기원전 4년 아리스토텔레스도 같은 현상을 언급했지만 물론 아이스크림과는 관련이 없었을 것입니다.
르네 데카르트와 프랜시스 베이컨 역시 뜨거운 물이 더 빨리 얼어붙는다고 믿었지만,
현대 과학자들은 아직 음펨바 효과를 완전히 인정하지 않습니다.
문제는 실험 방법에 있습니다.
두 개의 수돗물 샘플을 실험한다고 해보죠.
이 물들은 미량의 불순물 성분이 서로 약간씩 다를 것입니다.
불순물의 종류, 크기, 위치 등 미세한 차이가 물의 어는점을 몇 도까지나 변화시킬 수 있습니다.
따라서 모든 조건을 동일하게 유지한다면 뜨거운 수돗물은 차가운 증류수보다 먼저 얼 것입니다.
왜냐하면 수돗물의 불순물 때문에 본래 어는점이 더 높기 때문입니다.
따라서 이 경우 뜨거운 물이 먼저 얼지만,
온도가 높기 때문이 아니라 불순물 때문이라는 결론을 내릴 수 있습니다.
음펨바 효과가 실제로 존재하며 따뜻한 물이 정말 더 빨리 얼어붙는다면,
그 이유를 설명하는 다양한 가설들이 있습니다.
가장 간단하고 지금까지 가장 유력한 가설은 증발입니다.
뜨거운 물은 식으면서 일부가 증발하게 되고,
이는 결국 얼어야 할 물의 양이 적어지기 때문에 얼리는 데 걸리는 시간이 줄어든다는 것입니다.
하지만 밀폐된 용기를 사용하는 실험에서도 음펨바 효과가 관찰되었는데,
이는 증발을 방지한다는 점에서 이 가설에 의문을 제기합니다.
다른 연구자들은 음펨바 효과가 대류열, 즉 물이 가열될 때 움직이는 방식과 관련이 있다고 주장합니다.
혹은 공유 결합이나 뜨거운 물이 녹여놓은 기체의 양과 관련이 있다고 말하는 사람들도 있습니다.
하지만 아직 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았습니다.
당신도 직접 실험하고 싶으신가요?
얼마간의 물을 넣고 이상한 현상을 관찰할 수 있는지 확인해 보세요.
운이 좋으면 당신의 이름을 딴 새로운 과학 현상이 발견될지도 모릅니다!