끓지 않는 물, 얼지 않는 물 (고체·액체·기체 너머에서 만나는 물질과 열역학의 새로운 세계)

물은 정말 100°C에서 끓고 0°C에서 얼까? 우리에게 익숙한 ‘고체·액체·기체라는 물질의 세 가지 상태’는 세상을 이해하기 위한 훌륭한 출발점이지만, 물질의 세계를 모두 설명해주지는 않는다. 온도와 압력 조건을 세밀하게 들여다보면 물은 100℃에서 끓지 않을 수 있고, 0℃에서 얼지 않을 수 있다.

《끓지 않는 물, 얼지 않는 물》은 우리에게 가장 익숙한 물을 출발점으로 삼아, 당연하게 여겼던 물질의 상태를 다시 바라보도록 돕는다. 그 여정을 이끄는 핵심은 물리학의 중요한 분야인 열역학이다. 열과 일, 온도와 압력, 에너지와 엔트로피가 서로 어떻게 작용하는지를 살펴보면서 물질의 상태가 무엇으로 결정되는지 풀어간다. 물은 어떤 온도와 압력을 넘기면 끓지 않고 액체와 기체의 경계가 사라진 초임계유체가 된다. 또 어는점보다 훨씬 낮은 온도인데도 얼지 않는 과냉각수가 된다. 심지어 얼음도 물 분자의 모양과 배열에 따라 서로 다른, 21가지나 발견되었다.
왜 어떤 조건에서는 물이 끓지 않는 걸까? 왜 0°C 이하인데 물이 얼지 않는 걸까? 임계점에 가까워지면 물의 상태는 어떻게 달라질까? 《끓지 않는 물, 얼지 않는 물》을 읽다 보면 자연스레 떠오르는 질문이다. 이 질문에 답을 찾아가다 보면 열역학의 기본 원리를 자연스럽게 이해할 수 있다. 물 한 방울에서 출발해 끓음과 얼음, 임계점과 초임계 상태까지 탐험하는 과정에서, 알고 있다고 생각했던 물질의 세계가 전혀 다르게 보이기 시작할 것이다.

이 책이 보여주는 것은 물과 물질의 신기한 성질만이 아니다. 과학자들이 기존 개념으로 설명되지 않는 현상을 마주했고, 이 개념을 설명하기 위해 새로운 질문을 던지고, 가설을 세우고, 실험과 시뮬레이션을 통해 서로 논쟁하며 지식을 만들어가는 과정도 함께 보여준다.
과학 공부란 익숙한 세계에서 미처 보지 못했던 차이를 발견하고, 더 정교한 언어로 설명해가는 과정이다. 물을 깊이 들여다보는 이 여정을 따라가며 물질에 대한 지식뿐 아니라, 세상을 바라보고 이해하는 시야까지 넓힐 수 있다.