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[궁금한S] 마술은 '속임수'가 아니라 '과학'이다?

[이효종 / 과학유튜버]
수리수리 마수리! 궁금한 S 시청률 대박 나게 해주세요! 얍! 갑자기 이게 무슨 상황이냐고요? 오늘 <궁금한 S> 주제에 대한 힌트를 드려봤습니다. 주제가 소원…? 이냐고요? 땡! 오늘 주제는 아이나 어른 모두에게 즐거움을 주는 마술입니다. 알면 과학, 모르면 마술이라는 이야기가 있듯이 마술 속에는 어떤 과학원리가 숨어있는지 알아보도록 하겠습니다.

대표적인 마술 영화인 '나우 유 씨미 마술 사기단'에서는 마술사들이 대형 금고를 사라지게 합니다. 이는 속이 텅 빈 상자 속에 토끼나 장미꽃을 넣었는데 아무것도 보이지 않는 마술과 같은 원리인데요. 상자 속에 거울을 비스듬히 기울여 넣으면 상자의 바닥이 거울에 반사돼 우리 눈에는 텅 비어있는 것처럼 보이는 것이죠. 숟가락을 휘게 하는 마술 역시 형상기억 합금을 이용한 건데요.

형상기억합금은 형태를 아무렇게나 망가뜨려도 일정한 온도를 가해주면 원래 상태를 찾아가는 묘한 성질을 갖고 있습니다. 지난 1963년 미국 해군 병기연구소는 바닷물에 쉽게 썩지 않는 새로운 합금을 개발하고 있었는데요. 한 연구원이 우연히 니켈과 티타늄 합금 배합비를 여러 가지로 바꿔가며 단단한 정도를 시험했습니다.

그런데 어느 날 보니 이 합금이 잔뜩 구부러져 있었던 것이었어요. 놀란 연구원이 보고하기 위해 구부러진 합금을 상관에게 가져가자, 언제 그랬느냐는 듯 모두 펴지는 것이었습니다. 확인 시험을 해봤지만, 결과는 마찬가지였어요.

이유는 상관이 물고 있던 파이프 담배 때문이었습니다. 파이프 열이 시험합금의 구부러짐을 변형시켰던 것인데요. 숟가락 역시, 차갑게 만들어 손으로 펴놨다가 실온에 오면 원래 상태로 구부러졌던 것이죠.

이 형상기억합금은 최초로 달에 착륙한 아폴로 11호에도 사용됐습니다. 지구와 통신하기 위해 장착한 안테나에 사용됐는데 우주선이 발사될 때는 우산처럼 접혀있다가 달에 도착해 적절한 온도에 이르자 활짝 펴져 안테나의 역할을 한 것입니다. 부피를 크게 줄일 수 있어 아폴로 11호 이후로 우주탐사선에 빠지지 않고 등장하고 있습니다.

그런가 하면 도저히 불가능할 것 같은 마술을 현실에서도 구현하려는 연구도 진행되고 있습니다. 영화 <해리포터>를 보면 해리가 투명망토를 둘러쓰고 위기를 피하는 장면을 볼 수 있는데요. 이 투명망토, 어떻게 만들어질 수 있는 걸까요?

일단 투명 기술을 알아보기 전에 우리가 어떻게 사물을 볼 수 있는지에 대해 알아야 합니다. 우리가 사물을 보려면 빛이 있어야 합니다. 그리고 빛에 물체가 반응하면 반사와 투과, 흡수 등의 현상이 일어납니다. 이중 반사된 빛이 우리 눈으로 들어와 물체의 형태나 색깔을 볼 수 있는데요.

예를 들어 단풍잎이 노랗게 보이는 이유는 빛의 가시광선 중 노란색만 반사하기 때문입니다. 반대로 빛이 100% 흡수되면 검게 보이는데요. 물체가 빛을 모두 투과시킨다면 어떻게 될까요? 당연히 투명하게 보이겠죠. 이게 바로 투명물체의 원리입니다. 투명망토나 투명인간을 만드는 원리는 빛을 모두 투과시키는 것입니다.

하지만 여기엔 문제가 하나 있습니다. 투명한 망토가 만들어진다고 해도 눈을 완벽히 속일 수는 없다는 것인데요. 빛의 굴절로 시차가 발생하면 투명한 상이 일그러져 보일 수 있기 때문입니다. 그러니까 우리 눈에 전혀 보이지 않는 완전한 투명체를 만들려면 빛을 모두 투과시키되 굴절률이 주변 물질의 굴절률과 같으면 됩니다. 굴절률이 같으면 빛이 휘지 않고 자연스럽게 투과되기 때문인데요.

그렇게 개발된 물질이 바로 '메타물질'입니다. 메타물질은 빛을 반사하거나 흡수하지 않고 휘돌아 가도록 하는 독특한 굴절률을 지니는 것인데요. 지난 2015년 버클리대 연구진은 80㎚ 두께의 투명망토를 개발하기도 했고, 국내에서도 메타물질에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 전문가들에 의하면 투명망토의 제작 가능성은 확인됐지만, 해결해야 할 문제가 많은 만큼 좀 더 연구가 발전되어야 한다고 하네요.

오늘 궁금한 S에서는 마술이 과학과 깊은 연관이 있다는 것을 알 수 있었는데요. 이제 마술쇼를 볼 때 과학적인 원리도 함께 찾을 수 있겠죠? 그럼 궁금한 S는 여기서 인사드릴게요. 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 유튜브에 사이언스 투데이를 검색해주세요. 이상 궁금한 S였습니다.
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