[신간] 끓지 않는 물, 얼지 않는 물…열역학으로 다시 보는 물질의 세계

입력 2026.08.26 10:47

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물은 정말 100도에서 끓고 0도에서 얼까. 하민영 경희대학교 화학공학과 교수가 쓴 《끓지 않는 물, 얼지 않는 물》이 플루토에서 2026년 9월 17일 출간된다. 부제는 '고체·액체·기체 너머에서 만나는 물질과 열역학의 새로운 세계'로, 물이라는 익숙한 물질을 통해 온도와 압력에 따라 달라지는 물질의 상태를 다시 살펴보는 과학서다.

100도에서 끓지 않는 물, 0도에서 얼지 않는 물

책은 고체·액체·기체라는 세 가지 상태로 물질을 설명하는 익숙한 분류에서 출발해, 이 분류만으로는 설명되지 않는 현상이 있다는 사실을 짚는다. 온도와 압력 조건을 세밀하게 조정하면 물은 100도에서 끓지 않을 수 있고, 0도 아래로 내려가도 얼지 않을 수 있다는 것이다. 물질의 상태가 온도만으로 결정되는 것이 아니라 열과 일, 에너지와 엔트로피가 함께 작용하는 결과라는 점을 열역학의 틀로 풀어간다.

제4의 상태, 초임계유체와 스물한 가지 얼음

책에 따르면 물은 특정 온도와 압력을 넘으면 액체와 기체의 경계가 사라진 초임계유체가 된다. 또 어는점보다 훨씬 낮은 온도에서도 얼지 않고 액체 상태를 유지하는 과냉각수가 되기도 한다. 얼음 역시 물 분자의 모양과 배열에 따라 서로 다른 구조가 21가지나 발견됐다고 소개한다. 책은 이런 현상을 설명하기 위해 과학자들이 새로운 질문을 던지고 가설을 세우고 실험과 시뮬레이션으로 논쟁해 온 과정도 함께 다룬다. 과냉각수를 컴퓨터로 시뮬레이션한 두 과학자가 10년에 걸쳐 서로 다른 결과를 놓고 논쟁하다 각자 사용한 프로그램을 교환해 직접 검증한 사례도 등장한다.

1장 물질의 상태에서 3장 얼지 않는 물까지

목차를 보면 책은 '들어가며'에 이어 크게 세 개 장으로 구성된다. 1장 '물질의 상태, 분자의 성질'에서는 증기기관을 계기로 열과 일, 에너지와 엔트로피 개념을 소개하고, 물질의 상태가 에너지는 낮게 엔트로피는 높게 유지되는 방향으로 결정된다는 원리를 설명한다. 2장 '끓지 않는 물'에서는 제4의 상태부터 시작해 물이 100도에서 정말 끓는지, 끓음이라는 현상이 왜 급격하게 일어나는지, 임계점을 향해 가는 과정, 기포 없이 물을 끓이는 방법까지 다룬다. 3장 '얼지 않는 물'에서는 물을 가장 이상한 물질로 소개하며 고체와 질서의 관계, 0도에서 물이 정말 어는지, 순수한 물이 얼지 않는 이유, 18번째와 19번째 얼음, 무거운 물과 가벼운 물, 과냉각수를 둘러싼 시뮬레이션 논쟁까지 이어진다. 책은 '나가며'에서 초점을 옮기는 것의 의미로 마무리된다.

무엇을 자세히 볼지 판단하는 능력

책은 물질의 상태를 이해하는 과정을 세상을 바라보는 방식에 대한 이야기로 확장한다. 냄비의 물을 끓일 때 초임계유체까지 생각할 필요는 없다는 점을 들어, 과학적 사고란 모든 것을 자세히 보는 능력이 아니라 무엇을 구별하고 무엇을 단순화하며 언제 초점을 옮겨야 하는지를 판단하는 능력이라고 설명한다.

지은이는 누구인가

지은이 하민영은 경희대학교 화학공학과 교수다. 서울대학교 화학생물공학부를 졸업하고 동 대학원에서 초임계유체 열역학 연구로 박사학위를 받았다. 대학 시절 열역학을 가장 어려워했지만 열역학 전공 연구실에 들어가 학과 네 곳에서 열리는 열역학 강의를 섭렵한 뒤 열역학 애호가가 됐다고 소개돼 있다. 학위 취득 후에는 삼성전자 종합기술원에서 반도체 공정 소재를 개발했고, 현재는 대학에서 교육과 연구를 하고 있다. 알파고 쇼크를 계기로 화학공학 연구에 인공지능을 활용하는 방법을 고민하다 계산과학과 인공지능을 초임계유체 열역학에 적용한 경험이 이 책의 출발점이 됐다. 최근에는 과학자·공학자와 고미술 보존 전문가가 함께 고서화의 보존·복원 기술을 개발하는 '헤리티지 사이언스' 프로젝트에도 참여하고 있다.