아래가 두꺼운 유리창의 전설
유럽의 오래된 성당에 가면 가이드가 종종 이런 이야기를 합니다. "이 유리창을 보세요. 아래쪽이 더 두껍죠? 유리는 사실 아주 느리게 흐르는 액체라서, 수백 년 동안 조금씩 흘러내린 겁니다."
그럴듯합니다. 실제로 오래된 유리창 가운데는 아래가 두꺼운 것들이 있고, 유리는 녹이면 액체가 되니까요. 이 이야기는 관광 안내뿐 아니라 교과서와 백과사전에까지 실릴 만큼 널리 퍼졌습니다.
브라질의 재료공학자 에드가르 자노투(Edgar Zanotto)도 강의 때마다 학생과 동료들에게 같은 질문을 받았습니다. 그런데 이상하게도 이 이야기의 출처를 아는 사람은 아무도 없었습니다. 그래서 그는 직접 계산해 보기로 했습니다.
유리는 고체일까, 액체일까
먼저 유리의 정체부터 짚어야 합니다. 소금이나 설탕 같은 결정은 원자가 바둑판처럼 규칙적으로 늘어서 있습니다. 액체는 그런 질서가 없습니다. 유리는 그 중간 어딘가에 있습니다.
유리를 만들 때는 녹은 원료를 빠르게 식힙니다. 너무 빨리 식어서 원자들이 결정으로 줄을 설 틈이 없고, 액체처럼 흐트러진 배열 그대로 굳어 버립니다. 일정 온도(유리 전이 온도) 아래로 내려가면 원자의 움직임이 사실상 멈추고, 손으로 잡아도 모양을 유지하는 단단한 물질이 됩니다.
과학자들은 이를 비정질 고체(amorphous solid)라고 부릅니다. 구조는 액체를 닮았지만, 실용적으로는 고체처럼 행동하는 물질입니다. 원리적으로는 아주 느린 흐름이 일어날 수 있다는 점에서 '흐르는 유리' 이야기에 한 조각의 진실은 있습니다. 문제는 그 속도입니다.
계산해 보니, 우주의 나이로도 모자랐다
자노투는 1998년 '아메리칸 저널 오브 피직스'에 「성당 유리는 흐르는가?」라는 짧은 논문을 실었습니다. 그는 현대 창유리와 중세 유리의 성분으로 점도(흐름에 저항하는 정도)를 추정하고, 그 점도로 유리가 눈에 띄게 변형되는 데 걸리는 시간을 계산했습니다.
결과는 이랬습니다.
| 계산 내용 | 결과 |
|---|---|
| 중세 유리가 800년 안에 뚜렷이 흐르려면 | 약 414°C로 계속 데워져 있어야 함 |
| 상온에서의 이완 시간(비교 기준인 산화저마늄 유리) | 약 10³²년 |
| 우주의 나이 | 약 10¹⁰년 |
성당 유리의 실제 흐름 시간은 비교 기준으로 쓴 산화저마늄 유리보다도 더 길 것이라고 그는 봤습니다. 중세 유리에 섞인 불순물이 점도를 10배, 100배 낮춘다고 가정해도 결론은 달라지지 않았습니다. 그의 결론은 분명했습니다. 중세 유리든 현대 유리든, 상온에서 인간의 시간 척도로는 흐를 수 없다.
20년 뒤, 미국 펜실베이니아주립대의 존 마우로(John Mauro) 연구팀은 2018년 1월 '저널 오브 디 아메리칸 세라믹 소사이어티'에 실린 연구에서 웨스트민스터 사원의 13세기 유리 성분을 직접 넣어 다시 계산했습니다. 기존 추정이 16자릿수(10¹⁶배)나 어긋나 있었고, 실제 흐름은 생각보다 훨씬 빠르다는 결과였습니다. 그런데도 결론은 같았습니다. 나노미터 크기의 변형이 생기는 데에도 수십억 년이 걸린다는 것입니다. 수정된 계산조차 '흘러내린 유리창'을 설명하지 못했습니다.
반대쪽 증거도 있습니다. 미국 코닝 유리 박물관의 연구자는 수천 년 된 고대 이집트 유리 그릇에도 그런 처짐이 전혀 없다고 지적했습니다. 유리가 정말 흐른다면 더 오래된 유리일수록 더 많이 흘러내려야 합니다.
진짜 범인은 옛날 유리 공방
그렇다면 아래가 두꺼운 유리창은 왜 생겼을까요. 답은 만드는 방식에 있습니다.
19세기까지 창유리는 손으로 불어서 만들었습니다. 대표적인 방식이 크라운 유리입니다. 녹은 유리를 큰 공처럼 분 다음, 막대에 옮겨 붙여 빠르게 돌리면 원심력으로 넓은 원판이 됩니다. 지름이 1.5~1.8미터에 이르기도 했습니다. 이 원판은 가장자리가 얇고 가운데로 갈수록 두꺼웠습니다. 장인들은 이 원판을 작은 조각으로 잘라 납 틀에 끼웠으니, 한 장 안에서도 두께가 고르지 않을 수밖에 없었습니다.
또 다른 방식은 유리를 긴 원통으로 분 뒤 갈라서 펴는 방법이었습니다. 이 역시 완벽하게 평평하지 않았습니다. 자노투는 논문에서 바로 이 점을 지적했고, 사이언티픽 아메리칸은 창을 끼우던 일꾼들이 이런저런 이유로 두꺼운 쪽을 아래로 두는 편을 선호했을 것이라고 설명합니다. 결국 '아래가 두꺼운 유리창'은 흐름이 아니라 제작과 설치가 남긴 흔적이라는 것이 과학자들의 결론입니다.
정리 — 유리는 '아주 단단한 무질서'
유리는 결정처럼 질서 정연하지 않지만, 상온에서는 사실상 움직이지 않는 고체입니다. 성당 유리창의 두께 차이는 수백 년 동안 흘러내린 흔적이 아니라, 처음부터 고르지 않게 만들어진 유리를 사람이 그렇게 끼워 넣은 흔적입니다.
흥미로운 것은 이 오해가 얼마나 오래 살아남았느냐입니다. 한 번도 검증되지 않은 이야기가 교과서에까지 실렸고, 누군가 직접 계산해 보기 전까지 아무도 의심하지 않았습니다. 유리창 앞에서 배울 수 있는 진짜 교훈은 어쩌면 그것일지도 모릅니다.