B-4 2025 년 11 월 21 일- 2025 년 11 월 27 일 재정 / 교육

< 김선영 기자 > 유리는 실제로 고체가 아닌 매우 아주 느리 게 흐르는 액체이다. 수백 년 된 교회에 가서 유리창을 살펴보면 유리창이 상단보다 하단 이 더 두껍다는 것을 알 수 있다. 이것은 여러 가지 이유로 신화처럼 들린다. 가장 간단하게 는 창문 바닥의 유리 두께는 옛날에 유리판이 어떻게 제조되었는지에 따라 설명할 수 있다. 그 당시에는 유리 형태를 평평한 디스크로 회 전시켜 평평한 창을 만들었기 때문에 완제품 의 두께가 고르지 않았다. 그러나 과학적 설명으로는, 유리를 간단하게 정의하지 못한다는 사실이다. 유리는 매우 느 리게 움직이는 액체보다 훨씬 이상한 성질을 가지고 있다. 사실, 유리는 세계에서 가장 흔 하고 유용한 재료 중 하나다. 하지만 창문을 감싸고, 휴대폰을 덮고, 장미 줄기를 섬세하게 잡는 등 과학자들은 여전히 그것이 근본적으 로 무엇인지에 대해 깊은 의문을 가지고 있다.

유리의 물질적 특성은 액체 케임브리지 대학의 이론 물리학자인 카밀 스 칼리엣( Camille Scalliet) 에 따르면 유리는 우리가 가지고 있는 액체, 고체, 기체의 매우 단순한 범주를 초월한다. 유리의 이러한 특이 함에 당황한 과학자들은 여럿이다. 전 세계의 물리학자, 화학자 그리고 기타 전문가들이 그 비밀을 풀기 위해 다양하게 시도하고 있다. 유 리가 액체와 같은 성질을 가지고 있다는 것은 사실이다. 그러나 놀랍게도 유리는 흐름이 아 니라 전혀 움직이지 않는다. 2017 년 과학자 들은 교회 유리 신화를 분석해 10 억 년 동안 교회 창유리가 1 나노 미터로 흐를 것이라고 단정했다. 나노미터는 10 억 분의 1 미터이며 무한히 작은 단위다. 종이 한 장의 두께는 약 100,000 나노미터다. 그리고 이 발견은 유리의 가장 깊은 신비에 더 가까이 다가가게 만든다. 과학자들이 고심 하는 질문은 " 왜 흐르는가 " 가 아니다. 대신, " 유리가 왜 고체인지 정말로 알지 못하는 것 " 이라고 말한다. 유리에 대한 완전한 이해는 만

족스러울 정도로 새로운 영역의 개척을 의미 한다. 유리는 이 물질이 수십억 년에 걸쳐 어 떻게 변했는지를 알려줄 것이고, 그 최종 형태 에 대해 보여줄 것이다. 유리의 특정 형태가 새로운 물질 상태로 간주될 수 있는지 여부를 배울 수 있다. 유리를 더 잘 이해하면 아직 존재하지 않는 재료를 만들 수 있다. 우리가 아직 상상할 수 없는 특성을 가진 더 강하거나 구부러지는 유 리를 개발할 수 있다. 그러나 현재로서는 이런 지식이 없다. 유리의 기이함을 설명하려면 일 반적으로 액체와 고체를 구별하는 것이 무엇 인지 생각하는 것부터 출발해야 한다. 고체와 액체는 모두 원자와 분자로 구성된다. 온도는 이런 구성 요소가 배열되는 방식을 변경한다. 더 낮은 온도는 분자를 응고시킨다. 온도가 높 을수록 육즙이 많다. 중요한 차이점은 분자의 미세한 규모에서 볼 수 있다. 액체에서 분자는 매우 무질서하다. 그들은 서로 움직이고 흐른 다. 확대해 개별 분자를 볼 수 있다면 무작위 로 채워지고 매우 빠르게 움직일 것이다.

다양한 설명에는 열역학에 대한 매우 수학 적인 해석이 호출이 포함된다. 그러나 요컨대, 과학자들은 스냅 샷에서 볼 수 없는 이 시스템 에 대한 더 깊은 질서를 찾고 있다. 결정 구조 를 가리켜 식탁용 소금의 견고성을 설명할 수 있는 것처럼 유리의 견고성을 설명할 수 있는 이론이다. 그 비밀은 시간이 지남에 따라 분자 의 집단 행동과 액체가 고착됨에 따라 서로 어 떻게 영향을 미치는지에 기인할 것이다. 그러 나 이것은 풀기에는 너무 복잡한 시스템이다. 엄청난 수의 원자와 분자를 보는 일종의 대규 모 집단 현상이다. 유리에 대한 많은 이론은 분자가 어떻게 함께 모이는지를 이해하는 것 에 초점을 두고 있다.

유리의 기본 정의

클럽에서 춤을 추는 사람들의 군중과 같은 액체를 생각할 수 있다. 그들은 활기차고, 꽉 차 있고, 진동한다. 그들은 서로 움직이고, 부 딪치고, 갈고, 음악에 맞춰 춤을 출 수 있다. 댄 서들의 스냅 샷을 찍으면 혼란스럽고 뒤죽박 죽 엉망진창처럼 보이는데 그것은 액체이기 때문이다. 고체는 훨씬 더 길들여진다. 일반 적으로 생각하는 것처럼, 고체는 분자의 구조 화되고 질서정연한 패턴인 결정으로 구성된 다. 온도가 내려가면 원자와 분자가 규칙적인 기하학적 패턴으로 정렬된다. 댄스 클럽을 비 유하면 서로를 지나쳐 기복이 있는 대신 춤을 멈추고 콘서트 좌석에 앉아있다. 그들은 극장 의 온도 조절기가 절대 0 으로 설정되지 않는 한 여전히 그 좌석에서 약간 꿈틀거릴 수 있지 만 대부분 제자리에 고정되어 있다. 그래서 그 것은 결정질 고체라 할 수 있다. 간단하고 서 로 쉽게 구별된다. 유리는 그 중 어느 것도 아 니지만 여전히 각각의 일부 특성을 유지한다.

유리가 어떻게 형성되는지에 대한 가장 간 단한 설명은 결정이 형성되기에는 너무 빨리 냉각되는 액체라는 점이다. 따라서 분자는 혼 란스러운 액체와 같은 배열로 제자리에 고정 되어 있다. 붐비는 댄스 공간에 있고 화장실을 사용해야 한다고 상상해 보면 거기에 가려고 할 때, 많은 댄서들이 움직이지 않기로 결정한 다. 그런 일이 발생하면 댄스 플로어를 가로질 러 탐색하기가 점점 더 어려워진다. 파트너와 함께 있고 단지 장소를 교환하고 싶다면, 너무 막혀서 다른 사람들을 움직여야 하기 때문에 그렇게 할 수 없다.

그리고 만약 움직일 수 없을 때, 다른 사람 들이 주위를 움직이는 것을 더 어렵게 만든 다. 그래서 점차적으로, 아주 갑자기, 전체 댄

스 플로어가 꽉 차게 된다. 질서정연한 기하학 적 패턴이 아닌 제자리에 고정되어 있을 수밖 에 없다. 유리가 바로 이런 상태다. 그리고 제 시간에 화장실에 가지 못하게 된다. 나노미터 를 움직이는 데 수십억 년이 걸리기 때문이다. 제자리에 잠겨 있는 액체, 이것이 유리의 기 본 정의다. 과학적으로 말하면“ 비정형 고체 " 다. 그리고 이것은 창문에 걸려 있거나 휴대폰 을 덮는 실리카 기반 유리뿐만 아니라 많은 재 료에 적용된다. 유리를 생각할 때 물을 마시는 유리잔이나 창문 유리를 떠올리게 된다. 하지 만 현실에는 유리처럼 행동하는 다른 재료가 많이 있다. 일부 플라스틱은 호박과 같은 천연 재료와 마찬가지로 유리로 간주된다. 그리고 세포의 일부는 유리와 같은 것으로 간주된다. 휘핑 크림과 같은 거품조차도 유리와 같다. 이 모든 형태의 유리를 연결하는 기본 메커니즘 을 찾는 것은 물리학자에게는 새로운 흥미로 운 주제다. 유리의 분자 구조와 액체의 분자 구조를 사진으로 찍으면 똑같이 보인다. 그렇 다면 왜 한 흐름과 다른 흐름이 제자리에 고정 되어 있는 것일까?

유리의 실체는 무엇 실용적인 측면에서 과학자들이 유리에 대한 완전한 이론을 가지고 있지 않다는 것이 중요 하다. 하나는 과학자들이 결정질 고체만큼 유 리를 이해하지 못한다는 것을 의미한다. 결정질 고체의 경우 단순한 결정 구조만 보 고 고체의 많은 특성을 예측할 수 있다. 결정 질 고체에서 분자의 배열을 아는 것만으로도 고체가 열을 흡수하는 방법을 이해할 수 있다. 그러나 유리의 경우 알려진 기본 구조를 가지 고 있지 않아 근본적으로 무한한 배열을 가지 고 있다. 즉, 유리의 특성을 예측하기가 어렵 다. 유리를 조각내 어떻게 깨지는지, 가열해 열을 유지하는 방법을 배운다. 따라서 새로운 유형의 유리 제조는 약간의 시행착오를 거쳐 야 한다. 그러나 완전한 이론이 없기 때문에 과학자들은 유리가 실제로 무엇인지에 대한 근본적인 질문을 남긴다. ▶6면에 계속