뜨거운 물과 찬물을 같이 냉동실에 넣고 얼리면 어느 쪽이 더 빨리 얼까? 상식대로라면 찬물이 빨리 얼어야 하지만 뜨거운 물이 먼저 어는 경우도 있다. 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 어는 현상을 ‘음펨바’ 효과라고 한다.

이러한 현상은 어쩌다 발견됐는지, 그 원인은 무엇인지 알아봤다.

▶‘음펨바’라는 중학생이 발견

같은 조건에서 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 어는 현상은 1963년 탄자니아의 ‘에라스토 음펨바’라는 중학생에 의해 처음 발견됐다. 끓는 우유에 설탕을 섞어 식힌 후 냉동실에 얼려 아이스크림을 만드는 과학 수업에서 식히지 않은 우유가 더 빨리 어는 것을 발견했다.

몇 차례 똑같은 실험을 반복했지만, 결과는 항상 같았다. 이후 1969년 인근 대학 물리학자인 오스본 교수에게 알렸고 음펨바 효과가 세상에 알려졌다.

▶정확한 원인은 밝혀지지 않아

음펨바 효과의 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 또 언제나 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 어는 것도 아니다. 조건과 환경에 따라 결과가 달라진다. 전문가들은 음펨바 효과에 대해 몇 가지 가설을 제시했다.

첫 번째는 뜨거운 물이 찬물보다 빠르게 증발하면서 남은 물의 양이 줄어 빨리 얼었다는 것이다. 또 물이 증발하는 과정에서 주위 열을 빼앗아 어는 속도가 빨라졌을 것이라고 주장한다.

두 번째는 대류 현상을 꼽았다. 뜨거운 물은 찬물보다 대류 현상이 활발하게 일어난다. 대류는 따뜻한 물이 위로 올라가고 찬물이 아래로 내려가는 현상이다. 이 과정에서 뜨거운 물은 표면에서 더 많은 열을 잃게 돼 더 빨리 얼었을 수 있다는 것이다.

세 번째는 과냉각 현상이 원인이라고 주장한다. 과냉각은 물의 온도가 0℃ 이하로 내려가도 얼지 않고 액체 상태로 유지되는 현상이다. 찬물은 과냉각 현상이 일어날 가능성이 더 크다. 찬물 온도는 이미 0℃ 이하로 내려가 얼어야 하지만 과냉각 상태를 유지하면서 뒤늦게 얼었을 수 있다는 주장이다.

이러한 다양한 가설에도 음펨바 효과를 정확히 설명할 수 있는 이론은 없다. 음펨바 효과처럼 상식이 항상 정확하지 않은 경우도 있다. 새로운 발견은 열린 마음과 끊임없는 탐구 정신에서 찾아온다.

※이 기사는 AI가 작성하고 MS투데이가 편집했습니다.

이종혁 기자 ljhy0707@mstoday.co.kr

[확인=한상혁 데스크]