"물은 왜 위부터 얼까"…영하 70도서 수십년 미스터리 풀렸다 [팩플] 작성일 03-27 30 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="tXdVKWgRhe"> <p contents-hash="5d69555969c9aafa38d578abb0e20cdafadee8360e21a7cd490e64465f9bbe67" dmcf-pid="FCVpFmQ9SR" dmcf-ptype="general">‘물은 왜 보통의 액체와 달리 위부터 얼까.’ <br> 일반인들은 당연하다고 느끼는 이 현상은 과학계에선 수십 년째 그 근본적인 원인을 규명하지 못한 미스터리였다. 김경환 포항공대(포스텍) 교수 연구팀은 지난 10년간 끈질기게 매달린 끝에 이 난제를 풀었다. 학계에서는 이번 연구 결과가 교과서 내용을 바꿀 만한 성과라고 평가했다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="4700e88c2932b906ef9693b5634ccb82051a8c62f7b8c17005cd415275454f48" dmcf-pid="3hfU3sx2TM" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="김경환 포항공대 교수 연구팀이 10조분의 1초 단위로 분자의 움직임을 측정할 수 있는 ‘X선 자유전자 레이저’(포항 4세대 가속기)를 이용해 물의 ‘액체·액체 임계점’을 관측하는 실험을 하고 있다. 사진 김경환 교수" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/joongang/20260327050213014omdx.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="50uHWNKpvJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/joongang/20260327050213014omdx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 김경환 포항공대 교수 연구팀이 10조분의 1초 단위로 분자의 움직임을 측정할 수 있는 ‘X선 자유전자 레이저’(포항 4세대 가속기)를 이용해 물의 ‘액체·액체 임계점’을 관측하는 실험을 하고 있다. 사진 김경환 교수 </figcaption> </figure> <p contents-hash="5c909fd1882f6dbe02ea663361b5f2def71acf9ac46a323884d0fa0232519bee" dmcf-pid="0l4u0OMVvx" dmcf-ptype="general"><br> 과학기술정보통신부는 김 교수 연구팀이 스웨덴 스톡홀름대 앤더스 닐슨 물리학과 교수 연구팀과 공동으로 물의 ‘액체·액체 임계점’을 세계 최초로 관측했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지인 사이언스지에 27일 게재됐다. </p> <div contents-hash="9b64dcf33231dbf674c9ab0b7d6d9b4a9509df53e07d3a1df27978fed302fd9d" dmcf-pid="pS87pIRfWQ" dmcf-ptype="general"> ━ <br> <p> 과학자들에게 가장 이상한 액체 ‘물’ </p> <br> 우리에게 익숙한 물은 과학자들에겐 ‘가장 이상한 액체’다. 특히 보통의 액체는 밑 부분부터 어는 반면, 물은 위부터 언다. 물이 이런 독특한 특성을 가지게 된 원인은 물이 4℃에서 가장 무거운 성질을 가져서다. 차가운 공기에 닿은 표면의 물은 4℃가 되면 무거워 바닥으로 내려가고, 표면에는 가벼운 0℃의 물이 올라오면서 위부터 얼게 되는 거다. </div> <p contents-hash="db01c8c274a54e559722e140b69874b0df6ad6949eb3c33578ccbc3d5b67c4ca" dmcf-pid="Uv6zUCe4CP" dmcf-ptype="general">과학계에선 이런 현상의 원인을 명확히 규명하지 못했다. 그런 가운데 유력하게 제기됐던 게 ‘액체·액체 임계점’ 가설이다. 겉보기엔 모두 똑같아 보이지만 물은 무거운(고밀도) 물과 가벼운(저밀도) 물이라는 두 종류의 상태로 공존하며, 특정 온도(임계점)에 도달하면 그 차이가 사라진다는 가설이다. 학계에서는 물의 수수께끼 같은 성질들의 근원이 이 임계점 근처에서 발생하는 영향력 때문이라고 봤다. 그리고 이 임계점이 존재한다면 영하 40~70℃ 사이 어딘가에 존재할 것으로 예측했다. </p> <div contents-hash="fd4323ed6ba943de7c544c0b0eb6d6b21709b0a4ccfaf25530bb0caab31e4065" dmcf-pid="uTPquhd8C6" dmcf-ptype="general"> ━ <br> <p> 영하 70℃에서도 얼지 않은 물 만들어 측정 </p> <br> 이를 규명하기 위해서는 임계점을 실제 관측할 수 있을지가 관건이었다. 문제는 물은 영하 40℃ 이하에선 매우 빠르게 얼어버리기 때문에 실험적으로 접근이 불가능했다는 점이다. 하지만 연구팀은 높은 압력에서 제조된 비정질 얼음(액체처럼 무질서한 분자 배열을 간직한 얼음)을 적외선 레이저로 가열해 영하 60~70℃에서도 얼지 않은 상태의 물을 만드는 데 성공하면서 실마리를 찾았다. 이때 만들어진 10억분의 1g에 불과한 극저온의 물은 100만 분의 1초 안에 얼어버리기 때문에 연구팀은 10조분의 1초 단위로 분자의 움직임을 측정할 수 있는 ‘X선 자유전자 레이저’(포항 4세대 가속기)를 이용했다. 찰나보다도 짧은 순간에 물의 구조를 측정해 낸 비결이다. 그 결과 연구팀은 물의 ‘액체·액체 임계점’이 영하 60℃ 부근에 있다는 사실을 세계 최초로 관측하는 데 성공했다. </div> <div contents-hash="1ecded4b169cd6d32a53d30b1a6ef73fe757fcb15502e1a1790329c4ad8877c6" dmcf-pid="7yQB7lJ6W8" dmcf-ptype="general"> ━ <br> <p> 10년간 ‘물’ 미스터리 푼 교수 </p> <br> 김 교수는 지난 10년간 이 문제를 풀어왔다. 2017년엔 영하 45℃ 이하에서도 얼지 않은 물을 측정할 수 있다는 것을 증명했고, 2020년에는 영하 70℃에서도 물이 고밀도와 저밀도 두 개의 액체 상태로 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 김 교수는 “누구나 익숙하다고 생각한 물의 특성을 그 누구도 규명하지 못했다는 점에 끌려 10년 전 물 난제 풀기에 도전하게 됐다”며 “임계점을 찾는 과정은 마치 사막에서 바늘을 찾는 것 같았다”고 말했다. </div> <figure class="s_img figure_frm origin_fig" contents-hash="05d92d23e8b76b395b7d0d0f3939ac6463bb3d9c3338a7a293875721ee34d589" dmcf-pid="zWxbzSiPy4" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="김경환 포항공대 교수" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/joongang/20260327050214256lkfg.jpg" data-org-width="174" dmcf-mid="103ySLztld" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/joongang/20260327050214256lkfg.jpg" width="174"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 김경환 포항공대 교수 </figcaption> </figure> <p contents-hash="cebfbcddeea000906df78bd5ab8190809ed6075eae3c651657b3a05ad55073c6" dmcf-pid="qYMKqvnQvf" dmcf-ptype="general"><br> 김 교수는 앞으로 임계점을 더 정밀하게 밝혀내는 후속 연구를 이어갈 계획이다. 현재 연구팀이 밝혀낸 임계점은 ‘영하 60℃±8℃’인데, 이 오차 범위를 더 좁혀나는 게 목표다. 이번 연구 결과는 물이 생명 현상에 필수적인 물질이 된 근원을 규명하고, 물의 성질을 이용한 기후 변화·생체 분자 등 기초·응용 연구의 정확성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 김 교수는 “산업 현장이나 연구실에서 물의 특성을 활용한 공정과 연구에서 정확도를 궁극적으로 향상할 수 있을 것”이라며 “이번 기초 연구 성과가 가져올 파급력은 현시점에서 예측하기 어려울 정도로 무궁무진하다”고 말했다. </p> <p contents-hash="c2aeeff90bf9a08f64cd3bdb78bd1afca28f7979abfa17f72244331d7b95a2e8" dmcf-pid="BGR9BTLxSV" dmcf-ptype="general">강광우 기자</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 중앙일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 내부 갈등 딛고 딴 銅… 스노보드 크로스 매력 널리 알리는게 새 목표[스포츠 라운지] 03-27 다음 승한앤소울, 첫 팬미팅 4월 개최…팬클럽명 '승한앤메이트' 확정 03-27 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
