[사이언스칼럼] 진공의 힘

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 진공의 힘

손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

  • 승인 2024-10-17 17:29
  • 신문게재 2024-10-18 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
clip20241017101930
손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원
물질이 어떻게 이루어졌는가에 대한 논의는 매우 흥미로워 아주 오래전부터 인류에게 있어 중요한 주제가 되어왔다. 기원전 5세기경 그리스에서는 물질이 물, 불, 흙, 공기의 4원소로 이루어져 있다는 4원소설이 제기됐다. 당시 지금의 원자설과 유사하게 물질은 눈에 보이지 않는 아주 작은 입자들로 구성된다는 고대 원자설도 있었지만, 4원소설에 밀렸다고 하니 흥미로운 이야기다.

이 고대의 원자설은 돌턴(John Dalton)이 약 1800년대 원자설을 다시 제기할 때까지 거의 2000년 가까이 정론과는 거리가 먼 주장으로 받아들여졌다. 현대에 와서는 양성자와 중성자, 전자와 같이 매우 작은 소립자의 세계를 탐구하게 되면서 원자라는 것에 원자핵이 존재하고, 그 주변에 전자가 구름처럼 확률론적으로 퍼져있는 구조를 가짐을 밝혀냈다.

흥미로운 점은 원자핵과 전자가 퍼져있는 곳 사이에서는 비어있는 공간이 존재한다는 것이다. 이렇게 비어있는 공간은 그 어떤 물질도 존재하지 않아 어떤 의미에서는 진정한 진공이라고 부를 수도 있을 것이다(물론 엄밀하게는 아니지만). 재미있게도 진공 역시 고대 그리스에서 논의됐으며, 아리스토텔레스와 같은 학자는 자연적으로 진공을 만들어낼 수 없다고 믿었다고 한다. 이러한 주장 이후로도 수많은 사람들이 진공의 존재를 탐구했지만, 진공을 실제로 만들어 내는 것은 아주 오랜 시간이 걸렸다.

진공을 만드는 것과 관련된 문제의 시작에는 다양한 설이 있지만 간단히 소개하면, 1600년대에는 물 펌프로 우물이나 광산에 고인 물을 끌어올렸는데, 이상하게도 10m를 넘어서는 깊은 곳에서는 물을 끌어올릴 수 없었다고 한다. 이 문제는 결국 당대 유명한 과학자였던 갈릴레오에게도 전달되었으며, 1644년 갈릴레오의 제자였던 토리첼리(Evangelista Torricelli)가 이 문제를 해결하는 과정에서 진공을 확인한 실험이 이루어지게 된다.

토리첼리의 실험은 간단하다. 약 1m의 유리관을 수은으로 가득 채운 뒤, 손가락으로 열린 끝을 막는다. 이후 유리관을 뒤집어 수은이 담겨있는 그릇에 열린 끝을 집어넣은 뒤 손가락을 떼기만 하면 된다. 이렇게 하면 관 속에 차 있는 수은의 무게에 의해 수은이 내려오는데, 이때 수은은 약 760mm에서 더 이상 내려오지 않았다. 이 실험을 통해 그는 유리관 안쪽에 수은이 내려가면서 만들어진 공간이 진공 상태가 된다고 추측했고, 수은의 높이 760mm는 대기압과 평형을 이루는 압력이 만들어지는 높이라고 주장했다.

특히, 수은과 물의 밀도 차이가 약 14배가 나는데, 수은의 높이가 0.76m인 것을 고려하면 물을 10m 이상 끌어올릴 수 없는 것도 정확하게 설명할 수 있는 것이다. 이 실험은 최초로 진공을 증명한 사례였다. 현대의 우리는 이 실험을 기리며 압력을 나타내는 단위로 토리첼리의 이름에서 딴 토르(Torr)를 사용하고, 1기압에 해당하는 압력을 수은의 높이에 해당하는 760토르로 정의하게 된다.

이후 1650년대 오토 폰 게리케(Otto von Guericke)는 진공이 가진 어마어마한 힘을 세상 사람들에게 보여주었다. 반구 형태로 만든 놋쇠 그릇 두 개를 붙인 뒤 본인이 발명한 진공펌프를 이용해 내부를 진공으로 만들었다. 반구 형태의 놋쇠 그릇 두 개는 내부에 공기가 차 있으면 아무런 힘도 들이지 않고 양쪽을 당겨 쉽게 분리할 수 있다. 하지만 내부가 진공인 놋쇠 그릇을 서로 떼어내려고 하니 양쪽에 말 여덟 필씩을 묶어 당겨야 겨우 분리가 될 정도로 매우 강한 힘이 필요했다고 하니, 이를 본 당시 사람들이 얼마나 놀라웠을지 상상이 되는가?

이후로 진공을 만드는 기술은 계속 발전해 현대에는 날개를 이용해 주기적으로 공기를 밀어내는 로터리 베인 펌프, 터보 펌프와 같은 기계적인 방식부터 모든 기체를 얼어붙게 만드는 극저온 펌프, 기체를 이온화한 뒤 포집하는 이온 펌프와 같이 다양한 초고진공 기술이 개발돼 사용되고 있다. 이러한 진공기술은 현대 기술에 있어 무척 중요하다. 점점 고도화되는 나노 반도체 소자를 제작하기 위해선 공정 과정에서 오염 요인을 모두 제거해야 하는데, 이때 바로 진공의 힘이 필요한 것이다. 손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 경기 광주시, 470만 명 중부권 광역급행철도 JTX ‘조기 추진’ 촉구
  2. 경산시, 경산역~경산시장 야간경관 조성
  3. 대전시 조건 안 맞는 중수청 대안 냈었다… 청사 선정 배경 논란
  4. 세종시 신규 사무관 8명... 새로운 출발 다짐
  5. [르포] "오늘 영업 안 하나요"… 갑작스러운 휴업에 멈춘 홈플러스 유성점
  1. 중수청 예산 순위도 밀린 대전… 세종 임시청사 장기화 우려
  2. 코스피 7000선 붕괴에 개미들 '통곡'... 매도 사이드카에 서킷브레이커까지
  3. 칠곡군, 꿀맥 페스티벌 성료
  4. [기고] 국가의 생존을 누구 손에 맡길 것인가
  5. 방학 중 돌봄 공백 커지나…대전 교육공무직노조 총파업 예고

헤드라인 뉴스


대전 선도지구, 송촌지구 1개 구역 포함 둔산 13·14구역 선정

대전 선도지구, 송촌지구 1개 구역 포함 둔산 13·14구역 선정

대전 노후계획도시정비 선도지구 선정 결과가 나왔다. 둔산지구에서는 13, 14구역, 송촌지구도 대상에 포함돼 3개 구역이 선정돼 사업을 추진한다. 15일 국토교통부에 따르면 대전 선도지구 선정 구역은 둔산지구 13구역(크로바·목련) , 14구역(한가람·공작한양), 송촌·중리·법동(보람·삼익소월)지구가 각각 선정됐다. 둔산지구 13구역 2798세대와 한가람·공작한양 2454세대, 송촌지구 보람·삼익소월 2545세대 등 총 7797세대다. 앞서 대전 노후계획도시정비 선도지구 공모에 둔산지구 9곳, 송촌(중리·법동)지구 1곳 등 총 10..

[전통시장 현대화, 그 다음] "시설은 좋아졌는데"…신규 고객은 없다
[전통시장 현대화, 그 다음] "시설은 좋아졌는데"…신규 고객은 없다

낡은 시설을 바꾸면 전통시장은 다시 살아날 수 있을까. 정부와 지자체는 낙후된 시설을 정비하고, 편의성을 높이는 시설 현대화 사업을 통해 전통시장이 거대한 유통 공룡들과 맞서기 위한 최소한의 방어선을 세웠다. 대전의 전통시장들도 현대식 지붕을 설치하고 주차장을 확장하며 손님맞이 채비를 마쳤다. 그러나 현대화 사업의 종착지는 단순히 '쾌적한 시장'이 아닌 '사람이 모이는 시장'이어야 한다. 화려해진 외형에 비해 정작 새로운 소비자를 끌어당길 차별화된 콘텐츠와 운영 전략은 여전히 제자리걸음이라는 지적이 나온다. 대형마트와의 경쟁력은 외..

촉법소년 `1살 하향` 제동… 연령 기준 다시 논의되나
촉법소년 '1살 하향' 제동… 연령 기준 다시 논의되나

강력·중대범죄를 저지른 촉법소년의 연령 기준을 한 살 낮추려던 정부 방안이 다시 논의될 전망이다. 이재명 대통령은 14일 국무회의에서 성평등가족부의 형사미성년자 연령 기준 공론화 결과를 보고받고 "특정 범죄에 대해서만 부분적으로 한 살 낮추자는 것은 너무 미약하지 않나"라고 지적했다. 이어 이날 최종 결정을 내리지 않고 국민 의견을 추가로 수렴한 뒤 다시 토론하자고 주문했다. 성평등가족부는 이날 강력·중대·반복 범죄에 한해 촉법소년 연령 기준을 현행 만 14세 미만에서 만 13세 미만으로 낮추는 공론화 결과를 보고했다. 시민참여단..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 초복 앞두고 북적이는 삼계탕집 초복 앞두고 북적이는 삼계탕집

  • ‘집 밖이 더 낫다’…쪽방촌의 힘겨운 여름 나기 ‘집 밖이 더 낫다’…쪽방촌의 힘겨운 여름 나기

  • ‘썸머케어로 건강한 여름 나세요’ ‘썸머케어로 건강한 여름 나세요’

  • 드론 벼 병해충 공동방제 드론 벼 병해충 공동방제