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물 '액체 임계점' 세계 첫 관측…30년 난제 풀었다
뉴스보이
2026.03.27. 03:01
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2026.03.27. 03:01
물 특이성 원인 규명: 액체 액체 임계점 실험적 입증
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포항공대 김경환 교수 연구팀이 물의 '액체 액체 임계점'을 세계 최초로 관측함
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이번 연구는 스웨덴 스톡홀름대 앤더스 닐슨 교수팀과 공동으로 진행되었음
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연구팀은 영하 60℃ 부근에서 고밀도 물과 저밀도 물의 구분이 사라지는 임계점을 확인함
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이를 위해 포항 4세대 방사광 가속기의 X선 자유전자레이저를 활용하여 영하 70℃ 미동결 물을 구현함
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이 성과는 물의 특이성 원인을 설명하는 30년 난제에 대한 실험적 해답을 제시하며 국제 학술지 '사이언스'에 게재됨
물은 왜 4℃에서 가장 무거워질까요?
물의 이상현상이란?
'액체 액체 임계점' 가설이란?
임계점 관측이 어려웠던 이유는?
포스텍 연구팀의 끈질긴 연구 과정은?
물의 이상현상이란?
•
물은 다른 액체와 달리 4℃에서 가장 무거워지는 독특한 특성을 가집니다. 온도가 더 낮아지면 오히려 가벼워져 겨울철 강이나 호수가 위부터 얼어붙는 현상이 발생합니다.
•
이러한 특성 덕분에 수면 아래 액체 상태의 물이 남아 수중 생명이 유지될 수 있습니다. 하지만 왜 물이 이러한 이상한 성질을 갖는지에 대한 근본적인 원인은 수십 년간 과학계의 오랜 숙제로 남아 있었습니다.
'액체 액체 임계점' 가설이란?
•
과학자들은 물의 특이성을 설명하기 위해 '액체 액체 임계점' 가설을 제시했습니다. 이 가설은 물이 고밀도 물과 저밀도 물이라는 두 종류의 액체상으로 공존한다는 내용입니다.
•
특정 온도(임계점)에 도달하면 이 두 액체상의 구분이 사라져 우리가 일상에서 보는 물이 된다는 가정입니다. 학계에서는 이 임계점이 영하 40℃에서 영하 70℃ 사이의 극저온 영역에 존재할 것으로 예측했습니다.
임계점 관측이 어려웠던 이유는?
•
액체 액체 임계점 가설은 유력했지만, 물이 영하 40℃ 이하로 내려가면 매우 빠르게 얼어버리는 특성 때문에 실험적 증명이 불가능했습니다. 이 극저온 영역은 '무인지대'로 불릴 정도였습니다.
•
따라서 지난 30년간 임계점의 존재 여부에 대한 논쟁이 이어져 왔습니다. 얼지 않은 물을 극저온에서 안정적으로 구현하고, 찰나의 순간에 분자 움직임을 측정하는 기술적 한계가 큰 난관이었습니다.
포스텍 연구팀의 끈질긴 연구 과정은?
•
김경환 교수 연구팀은 10년에 걸쳐 물의 난제를 풀기 위해 끈질긴 연구를 이어왔습니다. 2017년에는 영하 45℃ 이하에서도 얼지 않은 물의 측정이 가능함을 세계 최초로 증명했습니다.
•
이후 2020년에는 영하 70℃까지 관측 범위를 넓혀 물이 실제로 두 가지 액체상으로 존재함을 규명했습니다. 이러한 단계적 연구 성과가 이번 임계점 관측의 중요한 발판이 되었습니다.
물의 이상현상이란?
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물은 다른 액체와 달리 4℃에서 가장 무거워지는 독특한 특성을 가집니다. 온도가 더 낮아지면 오히려 가벼워져 겨울철 강이나 호수가 위부터 얼어붙는 현상이 발생합니다.
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이러한 특성 덕분에 수면 아래 액체 상태의 물이 남아 수중 생명이 유지될 수 있습니다. 하지만 왜 물이 이러한 이상한 성질을 갖는지에 대한 근본적인 원인은 수십 년간 과학계의 오랜 숙제로 남아 있었습니다.
'액체 액체 임계점' 가설이란?
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과학자들은 물의 특이성을 설명하기 위해 '액체 액체 임계점' 가설을 제시했습니다. 이 가설은 물이 고밀도 물과 저밀도 물이라는 두 종류의 액체상으로 공존한다는 내용입니다.
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특정 온도(임계점)에 도달하면 이 두 액체상의 구분이 사라져 우리가 일상에서 보는 물이 된다는 가정입니다. 학계에서는 이 임계점이 영하 40℃에서 영하 70℃ 사이의 극저온 영역에 존재할 것으로 예측했습니다.
임계점 관측이 어려웠던 이유는?
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액체 액체 임계점 가설은 유력했지만, 물이 영하 40℃ 이하로 내려가면 매우 빠르게 얼어버리는 특성 때문에 실험적 증명이 불가능했습니다. 이 극저온 영역은 '무인지대'로 불릴 정도였습니다.
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따라서 지난 30년간 임계점의 존재 여부에 대한 논쟁이 이어져 왔습니다. 얼지 않은 물을 극저온에서 안정적으로 구현하고, 찰나의 순간에 분자 움직임을 측정하는 기술적 한계가 큰 난관이었습니다.
포스텍 연구팀의 끈질긴 연구 과정은?
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김경환 교수 연구팀은 10년에 걸쳐 물의 난제를 풀기 위해 끈질긴 연구를 이어왔습니다. 2017년에는 영하 45℃ 이하에서도 얼지 않은 물의 측정이 가능함을 세계 최초로 증명했습니다.
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이후 2020년에는 영하 70℃까지 관측 범위를 넓혀 물이 실제로 두 가지 액체상으로 존재함을 규명했습니다. 이러한 단계적 연구 성과가 이번 임계점 관측의 중요한 발판이 되었습니다.
#김경환
#앤더스 닐슨
#사이언스
#액체 액체 임계점
