과학이 답하는 흥미로운 궁금증: UFO 출몰부터 자석 무한동력까지

[어쩔과학2_10편]

꼬리에 꼬리를 무는 UFO 출몰, 실존할까?

세상 물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학 이야기, 안녕하세요. 어쩔과학 시즌2 김범준입니다.

오늘 이야기할 재미있는 질문은 바로 “꼬리에 꼬리를 무는 UFO 출몰, 과연 UFO는 실존하는 걸까요?” UFO의 원래 뜻은 Unidentified Flying Object를 줄인 말이어서 식별이 되지 않은 비행 물체라는 뜻입니다. '만약 UFO를 누군가가 외계인이 보낸 것이라고 알아냈다'라고 하면 어떻게 될까요? 그럼, 이제 Unidentified가 아니잖아요. 외계인이 보냈다면 UFO가 아닙니다. 좀 굉장히 재미있는 이름을 가지고 있었는데요. 최근에는 많은 UFO 관찰을 목격했다는 이런 목격담들을 과학자들이 살펴보다가 실제 공중에 무언가가 어떤 물체가 있던 것이 아니라 사실 대기에서 일어나는 자연 현상을 오해한 것이 너무나도 많아서 요즘은 UFO 대신에 UAP라는 약자로 부릅니다. 이 약자의 뜻은 Unidentified Aerial Phenomenon 즉, 아직 식별되지 않은 대기에서 일어나는 현상이라는 뜻입니다.

'UFO가 목격됐다'라는 주장들은 굉장히 많이 등장합니다. 심지어는 글쎄요. 그 고대 문서에서도 지금 우리의 기준으로 보면 마치 UFO를 목격한 것 같은 그런 보고들도 있는데요. 1561년 독일 뉘른베르크에서 '하늘의 전투 사건을 목격했다'라고 한 화가 한스 글레이저가 그 장면을 목판화로 남긴 것도 있는데요. 보면은 정말 뭔가 ‘UFO처럼 보일 수도 있지 않을까?’라는 생각도 들기도 하네요. 또 흥미롭게도 조선왕조실록에도 1609년에 실린 목격담이 있다고 해요. 이 목격담에 따르면 오후 2시였대요. 그런데 '김문위라는 사람의 집들 가운데 처마 아래 땅 위에서 갑자기 세숫대야처럼 생긴 둥글고 빛나는 것이 나타났다'라는 보고가 있습니다. 이 기록을 여러분이 지금 유심히 보시면 보통 사람들이 관심 있게 생각하는 이 UFO 목격담하고는 좀 다르죠. 대부분의 UFO 목격담은 멀리 있는 곳에서 빠른 물체가 움직이는 현상을 보통 이야기하는데요. 그래서 보통의 UFO는 아닌 것 같고요. 저는 이 조선왕조실록의 이 기록은 이걸 과학자들이 라이트닝 볼이라고 부릅니다. 뭐라고 할까요? 번개 공. 번개가 치거나 할 때 간혹 정말로 이렇게 대기의 어떤 이온화 같은 플라스마 이런 걸 통해서 정말로 우리 눈에 둥근 불빛이 그 공중에서 출연했다가 조금 움직이다가 갑자기 사라지고 하는 것이 정말 목격되긴 하거든요. 그래서 방금 이 조선왕조실록 기록은 'UFO보다는 어쩌면 현대 물리학자들이 라이트닝 볼이라고 불리는 현상을 묘사한 것이 아닐까'라는 그런 생각이 들었습니다.

이런 것 말고도 'UFO를 목격했다'라는 너무나도 많은 동영상과 그리고 사진 같은 것들이 있는데요. 현재까지는 과학자들의 그런 엄밀한 잣대, '지구에서 만들어진 물체로는 이런 건 불가능하다'라고 학계에서 주류가 다수가 인정하는 그런 UFO 목격담은 사실 없습니다. 사실 많은 사람들이 UFO라고 주장하는 것은 사실은 원인을 명확히 알지는 못하지만 자연 현상을 오해한 것이라고 많은 과학자들이 생각하고 있죠.

'그 UFO는 그렇다 치고 과연 외계인은 존재할까'라는 것도 학자들도, 과학자들도 많이 관심 있게 생각하고 있는 문제입니다. 이 문제와 관련돼서 ‘페르미 역설’이라는 이야기가 있습니다. 어떤 얘기냐 하면 인간이라는 이런 생명을 만들기 위해 필요한 여러 조건들이 굉장히 그렇게 어려워 보이지 않는 거예요. 그렇다면 우주가 이렇게 넓은데 '이 넓은 우주에서 만약 우리 인간이 유일한 생명이라면 이게 너무 이상하지 않느냐'라는 그런 질문입니다. 그래서 페르미 역설을 영어로는 “Where are they problem"이라고 부릅니다. 분명히 있는 것 같은데, 없을 것 같지 않은데 '도대체 왜 우리를 찾아오지 않았을까'라는 흥미로운 역설인 거죠.

자 외계인이 과연 존재할까? 이런 수수께끼는 사람들의 큰 관심을 끌면서 대중들을 매료시키고 있습니다. 그 페르미 역설을 저도 동의하거든요. 아 있을 것 같은데, 왜 안 왔을까? 저는 어쩌면 우리 인간을 결국은 외계 지적 생명체가 방문해서 우리와 소통할 수도 있지 않을까? 그런 생각도 하고 있습니다. 만약 그날이 온다면 저는 '인류의 역사에서 가장 의미 있고 중요한 그런 순간이 되지 않을까'라고 생각합니다.

자 다음 질문인데요.”선풍기 날개의 먼지는 왜 쌓일까? “입니다. 정지한 선풍기의 날개를 유심히 보시면 굉장히 빠르게 움직이는 선풍기 날개인데 먼지가 거기 붙어 있는 것을 자주 볼 수 있습니다. 사실 선풍기 날개가 회전할 때 날개와 딱 접촉하고 있는 부분의 공기는 사실은 선풍기 날개와 같이 움직여서 선풍기 날개의 입장에서 보면 바로 선풍기와 접하고 있는 공기층은 움직이지 않는 것에 해당합니다. 사실 이 문제가 선풍기에만 국한된 문제는 아닙니다. 한번 생각해 보세요. 강이 있어요. 강바닥은 당연히 땅이니까 붙어 있죠, 땅에. 안 움직여요, 바닥은. 그런데 물이 흐르잖아요. 그럼, 물이 바닥에서 가까운 쪽 물과 바닥에서 멀리 떨어져서 수면 근처의 물을 생각하면 어느 쪽 물이 더 빠르게 흘러갈까요? 당연히 강바닥 바로 위에 물은 천천히 흐릅니다. 저 위의 물은 수면에 가까운 쪽 물은 빨리 흐르죠. 이렇게 생각해도 왜 선풍기 날개와 딱 인접하고 있는 공기는 바람은 그 부분은 왜 그 선풍기 날개에 대해서 거의 정지해 있는지 금방 이해할 수 있습니다. 결국은 선풍기 날개와 공기 사이의 마찰 때문에 계속 선풍기 날개가 움직여도 공기가 같이 도는 거죠. 바로 그런 이유로 이 선풍기 날개는 사실 우리 눈에는 움직이는 것처럼 보이지만 선풍기 날개 바로 바깥에 있는 공기 입자의 입장에서 보면 선풍기 날개는 정지해 있는 겁니다. 그래서 얼마든지 먼지가 선풍기 날개에 쌓일 수 있죠.

선풍기 날개에 먼지 쌓이면 다들 불편하시죠? 그럼, 이때 먼지를 줄이는 요령을 하나 알려드리겠습니다. 결국은 선풍기 날개와 공기 중에 있는 먼지 사이에 작용하는 정전기력을 줄이도록 하면 됩니다. 그중 한 방법이 자동차에 사용하는 왁스가 있잖아요. 그거를 바르시고 마른 천으로 닦아내시면 그러면 이제 '정전기의 효과가 줄어들어서 먼지가 선풍기 날개에 잘 붙지 않는다'라는 것을 이용해서 먼지를 줄이시는 그런 방법을 사용해 보시기를 바랍니다.

다음 질문은, 이것도 아주 흥미로웠어요.”피는 빨간색인데 왜 핏줄은 파란색일까?“이 질문에 대해서 한 가지 오해가 있는 걸 제가 알고 있습니다. 뭐라고 얘기하냐면 보통 우리가 밖에서 보이는 핏줄은 동맥이 아니라 정맥이거든요. 어떻게 사람들이 설명하는 걸 본 적이 있냐 하면 '정맥은 결국 이 몸을 다 순환하고 다시 심장 쪽으로 돌아가는 그 피라서 원래 동맥의 피는 붉은색인데 산소를 이 우리 몸 조직에 전달한 다음에는 파란색으로 변해서 이 핏줄을 보면 파래 보인다'라는 그런 재미있는 주장입니다. 아닙니다. 정맥혈도 붉은색입니다. 동맥혈도 붉은색, 정맥혈도 붉은색인데요. 사실 동맥혈은 더 밝은 붉은색에 가깝고요. 정맥혈은 더 어두운 붉은색에 가깝긴 해서 '정맥혈이 사실은 동맥혈보다 더 붉다'라고 이야기해도 과장은 아닙니다.

그러면 이제 왜 밖에서 피부를 통해서 보이는 핏줄은 왜 파란색에 가깝게 보이는지를 정맥혈로 설명할 수는 없다는 건 명확하죠. 피부를 통해서 본 혈관이 파란색으로 보이는 이유는 혈관이나 혈액의 특성이 아니라 사실 우리 피부에 입사한 빛이 가지고 있는 속성 때문입니다. 사실 이건 ”왜 바닷물은 위에서 보면 파래 보일까?"라는 것과 비슷한 그런 원리로 설명할 수 있는데요. 우리 피부에 들어온 빛은 원래는 여러 파장의 빛이 함께 존재하는 그런 빛입니다. 하지만 파란색은 더 쉽게 산란된다는 특성이 있어서 우리 피부를 통해 들어온 빛의 상당 많은 여러 파장 영역대가 있는데 그중에 파란색 빛은 피부 바깥에서 피부를 보고 있는 우리 눈으로 돌아오기가 쉬운 거죠. 바로 그런 이유로 그 바깥에서 보면 핏줄이 혈관이 파랗게 보이는 거지, 혈관 자체가 파란빛을 갖고 있기 때문도 아니고 혈관을 통해서 흐르는 혈액이 정맥혈이어서 파란색이기 때문도 물론 아닙니다.

다음 질문인데요. ”산 정상은 태양과 가까운데 왜 추울까?“ 태양 사이까지의 거리의 차이로 산꼭대기와 산 아래의 온도 차이를 설명하는 건 사실은 과학적이지 않습니다. 물론 거리의 차이는 있는데요. 태양과 지구 사이의 거리를 생각하면 산꼭대기와 땅 표면 그거는 기껏해야 몇 킬로미터밖에 안 되거든요. 그 정도 차이로 태양과 지구 사이의 거리가 달라져서 만들어지는 그 에너지 복사의 차이를 설명하는 건 사실은 전혀 합리적이지 않습니다. 별 차이 없다는 게 정답입니다.

그런데 이거는 과학적인 질문이에요. 그런데 왜 위로 올라가면 더 추워질까요? 이것도 흥미로운 과학적인 얘기가 있습니다. 태양에서 지구에 복사 에너지를 보내줘요. 그러면 지구에선 다시 우주를 향해서 복사 에너지가 방출됩니다. 지표면에서 우주로 나가는 이 복사 에너지는 먼저 지구의 대기층을 뚫고서야 우주로 갈 수 있죠. 그러면 지면에서 우주로 올라가는 그 복사 에너지를 생각하면 땅 표면에 가까운 곳에선 더 많은 대기층을 통과하면서 대기의 온도를 올립니다. 그럼, 그다음에는 이젠 통과한 복사 에너지의 양이 줄어들었으니까, 그다음에, 위에 있는 대기층은 당연히 온도를 더 많이 올리지는 못하죠. 바로 그 효과 때문에 땅 표면이 위보다 더 온도가 더 높은 것이 맞습니다. 결론으로 말씀드리자면 높은 산꼭대기에 올라가면 춥습니다. 그건 태양과 지구 사이의 거리를 갖고 설명하기보다는 지구의 복사 에너지가 우주로 방출될 때 아래쪽보다 위쪽이 너무나도 당연하게 온도가 낮아지기 때문입니다.

자 다음 질문인데요. ”이과생 뒷목 잡게 만든 ’자석 무한동력‘ 이동 수단 과연 가능한가요?“라는 질문입니다. 재미있는 짤이네요. 여기서 짤을 보면 자석 그리고 자석의 영향을 받는 금속이 한 물체에 함께 있다는 것이 모두 공통점입니다. 예를 들어 첫 번째 짤은 그 자동차의 어떤 팔을 쭉 마치 포클레인처럼 보이네요. 앞으로 쭉 뻗은 다음에 끝에 자석을 매달고 자동차는 금속으로 이루어져 있을 수 있으니까, 그 자석으로 자동차를 앞으로 끌어서 움직이겠다라는 생각인데요. 설명할 필요를 느끼지 못할 정도로 말이 안 됩니다. 이건 마치 뭐랑 똑같은지 혹시 눈치채셨나요? 제가 손으로 제 머리카락을 움켜줘요. 그리고 이렇게 듭니다. 그럼, 제 발이 땅에서 떨어져서 제가 공중 부양할까요? 해보세요. 안 하잖아요. 똑같은 이유로 이건 자석을 이용하든 말든 이런 방식으로는 움직일 수 없습니다.

물리학의 에너지 보존 법칙으로 제가 그 100% 확신을 하면서 여러분께 말씀드릴 수 있는 내용은 무한동력은 불가능합니다. 왜냐하면 에너지 보존 법칙을 위배하기 때문이죠. 이렇게 무한동력 장치를 만들었다라고 동영상 같은 걸 간혹 보실 수 있는데요. 유심히 보시면 다들 약간의 트릭을 이용을 해서 마치 에너지 공급 없이 계속 작동하는 것처럼 보여주지만 사실은 그 안에 에너지 공급 장치가 숨겨져 있는 경우가 거의 대부분입니다.

이 자석 무한동력이라는 건 사람들이 이것을 좀 오해하기도 하고 좀 재미있는 오해라고 생각을 하긴 해요. 자석은 자기장을 만들어냅니다. 그런데 흥미롭게도 자기장은 대상의 운동 에너지를 바꿀 수 없다는 것이 물리학의 아주 간단한 수학을 이용해서 명확히 보일 수 있거든요. 자기장이 있으면 어떤 전하를 띠고 있는 입자가 운동할 때 입자의 운동 방향을 바꿀 수 있습니다. 하지만 그 입자가 가지고 있는 속력을 늘릴 수는 없다는 것이 너무 명확하게 증명을 할 수 있는 간단한 수학 문제예요. '자기장을 이용을 해서 뭔가를 더 빠르게 움직이는 건 사실 불가능하다'라는 것이 물리학의 아주 간단한 원리로 설명할 수 있습니다. 무한동력 말 안 되고요. '자석을 이용한 무한동력 이건 더 말이 안 된다'라는 게 제 솔직한 생각입니다.

제가 참 좋아하는 말이 있습니다. 여러분 누구나 아시는 아인슈타인이 남긴 말인데요. ”이 세상에서 가장 이해할 수 없는 것은 우리 인간이 이 세상을 이해할 수 있다는 사실이다.“ 저는 이 이야기가 너무 멋있더라고요. ”과연 우리 인간이 자연을 이해한다는 것이 가능할까요?“라고 묻는다면 지금까지는 '우리 인간이 자연을 이해해 왔다'라는 것이 답인데요. 자연 자체가 우리 인간이 꼭 이해가 가능하도록 만들어지거나 작동했을 이유는 없잖아요. 그런데 아직까지는 놀랍게도 '우리 인간이 자연과 우주를 이해할 수 있다는 것, 그 사실 자체가 얼마나 경이로운 일일까'라는 것이 바로 아인슈타인이 남긴 이 멋진 말의 의미입니다. 그동안 과학은 이해할 수 없는 이 세상에 대해서 수많은 질문을 던지고 그 안에서 이해할 수 있는 부분을 끊임없이 확장해 온 바로 그런 발전의 역사가 과학의 역사라고 저는 생각합니다. 함께한 이 시간이 과학에 한 발짝 한 발짝 여러분들이 더 가까워질 수 있도록 하는 기회를 제공했기를 바랍니다.

준비한 이야기 여기까지입니다. 마지막 시간까지 함께해 주신 여러분 감사합니다.