[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. 충남대 의예과 올해 3월 세종 공동캠퍼스 이전
  2. 천안시장 출마 도전장 내민 최재용 전 소청심사위원장
  3. 대전시 국과장 수시인사 진행
  4. 기록원 없는 대전·충남 정체성마저 잃을라…아카이브즈 시민 운동 첫발
  5. 김재철 동원그룹 회장 KAIST에 59억 추가 기부… 누적 603억 원
  1. 대전대, 현장·글로벌·창업으로 '바이오헬스 인재 2.0' 키운다
  2. 대전상의, 기업경영 애로사항·규제개선 실태조사 착수
  3. 대법원 상고제기 끝에 삼성전자 기술 탈취시도 유죄 선고
  4. 대전충남 통합 입법 개문발차…"정부案 미흡 파격특례 관철해야"
  5. 전국 첫 뷰티산업 전담기관 대전에 개원

헤드라인 뉴스


민주당 충청발전특위 “시·도통합 인센티브, 균형성장 새모델”

민주당 충청발전특위 “시·도통합 인센티브, 균형성장 새모델”

더불어민주당 ‘대전 · 충남통합 및 충청발전특별위원회’는 정부가 발표한 '광역 지방정부 간 행정통합시 부여되는 인센티브안'과 관련, “대한민국 균형성장의 새로운 모델”이라며 환영했다. 충청특위는 1월 16일 국회 소통관에서 기자회견을 열고, “정부의 4대 패키지 지원방안은 지방소멸의 위기를 국가 차원에서 정면 돌파하겠다는 분명한 의지의 표명이며 대한민국의 재도약을 이끌 강력한 마중물”이라고 밝혔다. 특위는 “대한민국은 수도권 일극 체제의 심화로 인해 서울은 집값 폭등과 교통 혼잡, 생활비 부담이라는 한계에 직면했고 지역은 인구 유출..

대전충남 통합 입법 개문발차…"정부案 미흡 파격특례 관철해야"
대전충남 통합 입법 개문발차…"정부案 미흡 파격특례 관철해야"

대전 충남 통합과 관련 조만간 개문발차(開門發車)할 입법화 과정에서 재정 및 권한 특례를 극대화할 수 있도록 하는 충청 여야의 총력전이 시급하다. 4년간 20조 원, 공공기관 우선 이전 고려 등 정부의 당근책이 파격적인 인센티브를 기대했던 충청권의 눈높이엔 미치지 못했다는 지적에 따른 것이다. 전면적인 세제개편, 대전 충남 통합시장 국무회의 참석, 자치구 권한확대 등 정부 안(案)에 없는 파격 특례를 특별법에 명문화해야 한다는 목소리가 커지고 있다. 18일 정치권에 따르면 더불어민주당은 빠르면 이번 주 대전 충남 통합 특별법안을 발..

행정통합 인센티브 與野 충돌…국힘 "선거용 매표" vs 민주 "정치 공세"
행정통합 인센티브 與野 충돌…국힘 "선거용 매표" vs 민주 "정치 공세"

정부가 대전 충남 등 행정통합 시도에 대한 지원 방안 4대 방향을 내놓자 여야가 또다시 정면 충돌했다. 국민의힘은 "지방선거를 앞둔 돈 풀기"라며 여당을 압박했고, 더불어민주당은 "지방 소멸의 절박함을 외면한 정략적 공세"라고 반격했다. 행정통합이 지방선거 최대 승부처 금강벨트의 뇌관으로 부상한 만큼 밀려선 안 된다는 절박감이 강대 강 대치로 이어진 것으로 풀이된다. 18일 정치권에 따르면, 정부는 지난 16일 광주·전남, 대전·충남 등 광역 지방정부 간 행정통합을 추진하는 '통합특별시'에 대해 연간 최대 5조 원, 4년간 최대 2..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘대한(大寒)부터 강추위 온다’ ‘대한(大寒)부터 강추위 온다’

  • 눈과 함께 휴일 만끽 눈과 함께 휴일 만끽

  • 3월부터 바뀌는 운전면허증 사진 규정 3월부터 바뀌는 운전면허증 사진 규정

  • 대전·세종·충남, 올 겨울 첫  고농도 미세먼지 비상저감조치 시행 대전·세종·충남, 올 겨울 첫 고농도 미세먼지 비상저감조치 시행