음펨바 효과
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음펨바 효과(Mpemba effect)는 특정한 상황에서 고온의 물이 저온의 물보다 더 빨리 어는 현상 또는 그 효과를 말한다. 과학 잡지 뉴 사이언티스트(일반인 및 과학자들을 위한 잡지이지만 논문 게재 학술지는 아니다.)는 이 현상을 확인하고 싶은 경우, 그 효과가 최대화되는 섭씨 35도과 섭씨 5도의 물로 실험할 것을 권장하고 있다.
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[편집] 발견
음펨바 효과는 탄자니아의 에라스토 음펨바(Erasto B. Mpemba)의 이름을 딴 것이다. 발견자인 음펨바는 마감바 중학교에서 당시 3학년이던 1963년에 이 현상을 처음으로 보게 되었다. 음펨바는 아이스크림을 만드는 것을 배우는 조리 수업 중에 우유와 설탕을 혼합한 용액을 뜨거운 상태로 냉장고에 넣어 얼렸는데, 식히고 나서 얼린 것보다 먼저 어는 것을 발견하게 되었다. 그 후 음펨바는 이린가의 음카와 고등학교에 진학했다. 음카와 고등학교에서는 교장이 다르에스살람에 있는 대학으로부터 데니스 오스본 박사를 불러 물리학의 강연을 했는데, 이 강연이 끝난 후 음펨바는 "같은 부피인 35도의 물과 100도의 물을 냉동실에 넣으면, 뜨거운 100도의 물이 먼저 얼었습니다. 왜 그렇습니까?"라고 반친구들로부터 조롱거리가 되었던 질문을 해 보았다. 처음에는 오스본 박사도 반신반의하였으나 후에 대학으로 돌아와 음펨바의 발견을 검증하여 음펨바와 함께 1969년 연구 결과를 정리하여 출판했다. 또한 음펨바는 2008년 현재 국제 연합 식량 농업 기구(FAO)의 아프리카 삼림 및 야생 동물 위원회에서 일하고 있다.
[편집] 복합계 문제
냉각 과정에 있는 물의 상태를 온도라는 단 하나의 인자로 나타내도 괜찮은 것인가 하는 문제도 있다. 보다 정확한 기술을 위해서는 물에 대한 온도 분포를 생각할 필요가 있다. 몬웨아 젱(Monwhea Jeng)은 이 문제에 관해서 "해석이 몹시 복잡해진다. 왜냐하면 우리는 온도라는 하나의 인자가 아니라 온도장을 생각하여, 한층 더 해석에 필요한 수치 유체 역학과 매우 복잡하게 얽혀 있기 때문이다"라고 했다.
이 효과는 열 전도의 문제이며, 연속체 역학에 근거한 수송 현상의 관점에서 연구를 진행하는 것이 적합하다. 열 수송을 편미분 방정식으로 해석한다면, 물의 평균 온도 등 몇가지 적은 수의 인자만 고려해서는 계의 움직임을 기술하기에 충분하지 않다. 계의 기하학적인 세부사항이나 유체의 특성, 온도장이나 흐름장 등 다양한 조건이 계의 움직임에 지극히 복잡한 영향을 줄 수 있기 때문이다. 단순화된 열역학에만 기초하여 분석하면 음펨바 효과는 직관에 반대되는 것처럼 보인다. 그렇지만 이것은 물리학 문제에 접근할 때 적절한 변수들을 모두 고려해주어야 한다는 것을 말해주고 있다.
과학 평론가 필립 볼은 2006년 잡지 물리학 월드(Physics World)에 기고한 기사에서 "문제는 이 현상을 효율적으로 재현하는 것이 매우 어렵다는 데 있다. 이는 이 현상이 나타나기도 하고, 나타나지 않기도 하기 때문이다. 또한 만약 음펨바 효과가 올바르다고 해도, 현상을 해석하는 것이 일반적인 것에 그칠지, 아니면 훌륭한 발견이 될지는 분명하지 않다."라고 했다.
[편집] 먼저 발견한 역사
고대의 아리스토텔레스, 근세의 프란시스 베이컨, 르네 데카르트 등 역사 속 과학자들이 이와 비슷한 현상에 대해 알고 있었을 가능성이 있다. 아리스토텔레스는 그가 안티페리스타시스(antiperistasis)라고 부르는 "어떤 성질의 강도는 상반되는 성질에 둘러싸일 때 더욱 높아질 수 있다."라는 잘못된 특성 개념으로 이해하였다.
[편집] 바깥 고리
- 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 언다?《한겨레》2008-06-18 오후 05:55:23
