[뉴스스페이스=이종화 기자]

<편집자주> 유튜브, 인스타 등에서 활동하는 인플루언서들이 '협찬을 받지 않았다', '광고가 아니다'라는 사실을 보이기 위해 "내 돈 주고 내가 샀다"라는 뜻의 '내돈내산'이라는 말이 생겼다. 비슷한 말로 "내가 궁금해서 결국 내가 정리했다"는 의미의 '내궁내정'이라고 이 기획코너를 명명한다. 우리 일상속에서 자주 접하는 소소한 얘기거리, 궁금증, 호기심, 용어 등에 대해 정리해보는 코너를 기획했다.

1963년 탄자니아 마감바 중학교 요리 수업에서 에라스토 음펨바(Erasto Mpemba)가 뜨거운 아이스크림 혼합물을 냉동실에 넣었을 때, 미리 식힌 친구들의 것보다 먼저 얼어붙는 현상을 목격했다.

학교 방문 중 물리학자 데니스 오스본(Denis Osborne)에게 음펨바가 "35℃와 100℃ 물을 냉동고에 넣으면 뜨거운 물이 찬물보다 왜 더 빨리 어느냐"고 질문하자, 당시 동석했던 교사와 학생들은 그가 물리학의 기초도 모른다며 비웃고 조롱했다.

하지만 주변의 조롱에도 오스본은 실험으로 확인해 하며 '음펨바 효과(Mpemba Effect)'를 공식화했다.

하지만 오스본 교수는 아이의 관찰을 무시하지 않고 대학 실험실로 돌아가 정밀한 검증 실험을 수행했으며, 실제로 특정 조건에서 뜨거운 물이 더 빨리 어는 현상이 실재함을 확인해 이를 '음펨바 효과(Mpemba Effect)'라는 공식 명칭으로 1969년 공동 논문을 발표했다.

역사적 배경과 초기 관찰

음펨바와 오스본의 실험에서 100ml 비커에 70ml 물을 넣고 폴리스티렌 위 냉장고 아이스박스에 배치했을 때, 초기 25℃ 물의 동결 시작 시간이 가장 길었고 90℃ 물이 가장 짧았다. 고대 아리스토텔레스부터 프란시스 베이컨, 데카르트가 비슷한 현상을 기록했으나 과학적 검증은 음펨바 때 처음 이뤄졌다.

객관적 실험 수치: 재현성의 한계

2026년 미네소타대 연구팀은 25회 실험(총 176 샘플)에서 탈이온수와 수돗물의 냉각 곡선을 측정해 뉴턴 냉각법칙(T(t) = Tf + (T0 - Tf)e^{-κt})을 적용, 초기 온도 22~72℃ 샘플의 열전도율 κ 변동성을 분석했다. 0℃ 도달 기준 음펨바 효과는 46회(빈도 26.1%) 발생했으며, 베이킹시트 위 탈이온수에서 최고 61.8%(21/34 샘플)였다. 과냉각 고려 시 58회(33.0%)로 증가, 수돗물에서 초기 80~90℃ 샘플이 실온 샘플보다 자주 먼저 얼었다.

원인 분석: 대류와 과냉각의 역할

효과는 일관되지 않으며, 대류 공기 흐름 변동(레이놀즈 수 Ra ~10^7로 대류 지배)과 과냉각(샘플 50%에서 -0.7~-0.7℃ 유지)이 주요 원인으로, κ 산포가 클수록 빈도 높아졌다. 뜨거운 물의 증발·대류 촉진, 서리 단열 억제 가설도 제기됐으나 뚜껑 실험에서 반박됐다. 2025년 교토대 연구는 광범위 온도 스펙트럼에서 보편 메커니즘 확인, 양자계·콜로이드로 확장됐다.