옴펨바 효과

  

 커피를 끓이기 위해서 정수기 물을 받을 적에 저는 늘 찬물을 사용합니다. 옆에서 보는 사람이 물을 빨리 끓일려면 온수를 받아서 쓰라고 알려줍니다. 그런데 이상하게도 온수는 냉수보다 더 안 좋을 것 같아서 찬물을 받게 됩니다.

 물을 얼릴 적에 차가운 물보다 뜨거운 물이 더 빨리 언다고 하면, 이 말을 믿으시겠습니까?

물론 저는 믿지 않습니다. 뜨거운 물을 냉동실에 넣으면 우선 차가워진 뒤에 다시 얼음으로 바뀔 것이기 때문입니다. 그런데 이게 맞지 않다는 얘기가 실제로 있습니다.

<1963년 아프리카 탄자니아의 13세 소년 음펨바는 아이스크림 조리 수업 중 뜨거운 우유를 식히지 않고 그대로 냉동실에 넣었다. 나중에 보니 식힌 우유를 쓴 다른 친구보다 음펨바의 아이스크림이 더 빨리 얼었다. 음펨바는 6년 뒤 대학 교수와 함께 이 내용을 논문으로 발표했다. 이후 온도가 높은 물이 낮은 물보다 먼저 어는 일을 '음펨바 효과'라고 부른다.

미국 남부감리교대학의 디터 크레머 교수는 지난달 국제 학술지 '화학 이론과 계산'에 음펨바 효과를 설명할 새 이론을 제시했다. 물 분자에서 산소 원자는 수소 원자 둘과 전자를 같이 쓰는 공유결합을 한다. 또 물 분자의 산소는 다른 물 분자의 수소와 전기적 성질 차이에 따른 수소결합을 한다. 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션에서 찬물에는 약한 수소결합과 강한 수소결합이 공존하지만 온도가 높으면 대부분이 강한 수소결합임을 확인했다.

크레머 교수는 온도가 높아지면 약한 수소결합이 깨지면서 물 분자들이 다시 정렬을 하게 되고, 이 상태에서 온도를 영하로 확 낮추면 얼음의 결정 구조가 쉽게 만들어진다고 설명했다. 반면 찬물은 일단 약한 수소결합부터 그대로 존재하고 있기 때문에 더운물보다 얼음 결정 생성이 늦다는 말이다.

음펨바 효과는 기원전 4세기 아리스토텔레스도 언급할 만큼 역사가 오래됐다. 지금껏 나온 과학적 설명도 다양하다. 어떤 사람은 온도가 높으면 물이 더 빨리 증발하고 그만큼 질량이 줄어 냉각이 빠르다고 설명한다. 더운물은 찬물보다 밀도 차이가 따라 이동하는 대류가 활발해 그만큼 외부로의 열전달이 빨라진다는 설명도 있다.

2012년 영국 왕립화학회는 1000파운드(약 140만원)의 상금을 걸고 음펨바 효과를 설명할 과학 이론을 공모했다. 당시 2만2000여명이 응모해 크로아티아 자그레브대학의 니콜라 브레고비치 교수가 1위를 차지했다. 그는 유엔식량농업기구(FAO) 직원이 된 음펨바로부터 직접 상을 받았다.

브레고비치 교수는 대류 현상과 함께 찬물이 더운물보다 먼저 온도가 섭씨 0도 이하로 떨어지지만 얼음이 얼지 않는 과냉각(過冷却) 현상이 원인이라고 주장했다. 그 사이 더운물이 먼저 얼음이 된다는 것. 이듬해 싱가포르 난양공대 연구진은 더운물이 온도가 내려가면 눌려 있던 용수철이 펴지듯 물 분자의 공유결합 간격이 길어지면서 찬물보다 에너지를 더 빨리 발산한다고 발표했다.>조선 비즈

 이 옴펨바 효과가 정말 사실이라면 모든 사람들이 끓는 물을 바로 냉동실에 넣어야할 것 같은데 이를 알고 실제로 그렇게 하는 사람들은 별로 없을 것입니다. 저도 사실 오늘서 이 얘기를 알게 되었습니다. 그렇다면 이 이론이 현실에서 실제로 사용되지는 않는다는 얘기일 것입니다.

<미국 워싱턴대의 조너선 카츠 교수는 이번 수소결합 논문에 대해 "물은 수십 분, 수시간에 걸쳐 얼기 때문에 그 사이에 깨어진 약한 수소결합이 복구된다"고 반박했다. 이덕환 서강대 교수(화학과)는 "아주 짧은 시간에 일어나는 수소결합의 붕괴로 천천히 진행되는 물의 냉각을 설명할 수 없다"고 말했다.

영국 케임브리지대의 헨리 버리지 교수는 지난해 11월 '사이언티픽 리포트'에 음펨바 효과를 설명한 논문들이 모두 과학적 근거가 없다고 발표했다. 대부분 다섯 번 실험해서 한두 번 음펨바 효과를 확인하는 데 그쳤다는 것. 그나마 실험 조건도 논문마다 제각각이었다고 비판했다. 이를테면 음펨바가 1969년 발표한 논문에서는 90도의 물과 35도의 물을 비교했는데, 나중에 나온 논문들은 35도와 5도의 물에서 음펨바 효과가 나온다고 했다.

강헌 서울대 교수(화학부)는 "음펨바 효과는 과학적 사실과 일상적인 현상을 혼동하는 오류"라며 "왼손잡이 미국인 친구를 보고 미국인은 모두 왼손잡이라고 주장하는 것과 같다"고 말했다.>조선비즈

 위와 같은 내용으로 보면 그게 항상 그렇지가 않았다는 얘기이고, 현재 과학으로 실증할 수 없다는 것입니다. 이 옴펨바 효과가 확실히 그렇게 된다면 모든 사람들이 냉동실에 물을 얼리고자할 때에 뜨거운 물을 넣을 것입니다. 시간도 절약되고 전기도 절약이 될 것이니까요,,,,

 요즘 우리 사회에서 보면, 확인되지 않은 어떤 사실이 언론을 타면서 마냥 침소봉대가 되어 확실한 사실처럼 얘기되다가 며칠 지난 뒤에 그게 사실이 아닌 것으로 밝혀져도 이미 기정사실처럼 얘기하는 일들이 많습니다. 이런 게 옴펨바 효과가 아닌가 생각합니다.