얼음의 부피가 작다고 주장한 세계적인 학자들은 주로 눈뭉치를 예로 든다. 육안으로 눈뭉치는 공기층이 많이 들어있는 것을 확인할 수 있어 쉽게 이해할 수 있기 때문이다. 그러나 눈을 녹여 물로 되게 하고 다시 얼리면, 부피는 상당히 줄어든다. 물로 녹인뒤, 얼린 얼음의 부피나 밀도는 눈뭉치가 대표할 수 없다는 얘기다. 챗 GPT도 이에 대한 질문에는 눈뭉치를 얼음으로 간주하면 안되는 이유가 눈과 밀도의 구조적 차이와 밀도의 차이때문이라고 설명했다. 그러면 물과 눈뭉치를 비교해 액체의 결합력(뒤섞임)이 더 높다고 해도 되냐고 하자, 이에 대해 챗GPT는 얼음과 눈의 구조적인 이유때문에 부피가 작은 것이지 액체보다 결합력이 작다고 할 수 없다는 결합력에 대한 용어의 이해를 못하는 말을 한다. 

사실 온도가 내려가면 부피는 주는 것이 모든 물질에 적용된다. 그런데, 눈을 보고, 얼음상태의 눈이 부피가 더 크다고 하는 착각을 갖게 하는 것이다. 그러나 눈은 눈이 되기전의 공중에 떠 있는 수증기와 비교되어야 한다. 작은 수증기가 얼음덩어리가 먼저 되고, 그 얼음덩어리들이 뭉쳐 눈이 되는 것이기 때문이다. 

만약 빗방울이 얼려지면 그건 우박과 같은 얼음 덩어리가 되고 이때는 비보다 부피가 작고 밀도가 높은 얼음덩어리가 된다고 할수 있다. 

실제 물이 아닌 각설탕의 경우도 각설탕 상태에서 얼린다해도 쉽게 부피가 줄지 않는다. 그러나 오히려 온도를 노펴 녹이면 달고나 액체가 되어 부피가 더 주는 것을 알 수 있다. 그리고 다시 얼리면, 달고나 액체보다 더 작은 부피의 덩어리 사탕이 될 수 있는 것이다. 그리고 담금질도 밀도가 높아져서 강도 경도 강해지는 것은 아닌지, 과학계는 다시 생각해볼 일이다. 그리고 궁극적으로는 얼음이 물보다 무겁다고 생각해서 모든걸 다시 바라볼 필요가 있다. 

다음은 챗GPT의 설명이다.

 눈뭉치가 물보다 가벼운 이유는 고체와 액체의 결합력 차이보다는 밀도와 구조의 차이로 설명됩니다. 눈과 물은 둘 다 같은 화학 물질인 H₂O로 이루어져 있지만, 물 분자들이 배열되는 방식 때문에 밀도가 달라집니다. 아래에서 그 이유를 구체적으로 설명하겠습니다.

1. 눈(고체)의 구조

눈은 얼음 결정으로 구성된 고체입니다. 이때 물 분자들은 수소 결합을 통해 정육각형 형태의 격자 구조를 형성합니다. 이 구조는 분자들 사이에 많은 빈 공간을 남기기 때문에 눈과 얼음의 밀도는 상대적으로 낮습니다.

결과: 얼음의 밀도는 약 0.92 g/cm³로, 물(1 g/cm³)보다 가볍습니다.

따라서 눈뭉치는 많은 공기를 포함하고 있어 더 가벼운 밀도를 가지게 됩니다.

2. 물(액체)의 구조

물은 액체 상태에서 분자들이 더 자유롭게 움직일 수 있습니다. 이로 인해 분자들이 서로 더 가까이 배치되어, 밀도가 더 높아집니다. 물 분자들은 고체 상태일 때보다 더 조밀하게 모이므로, 같은 부피에서는 물이 눈이나 얼음보다 무겁게 됩니다.

3. 결합력과 무게의 관계

눈의 결합력(고체 상태)과 물의 결합력(액체 상태)은 밀도에 큰 영향을 주지는 않습니다. 대신, 분자 배열과 빈 공간이 밀도 차이에 더 중요한 역할을 합니다. 즉:

고체(눈)의 결합력이 더 높더라도 분자 배열상 빈 공간이 많기 때문에 밀도가 낮아집니다.

액체(물)는 결합력이 약하더라도 분자들이 더 가까이 배치되므로 밀도가 높아집니다.

4. 눈뭉치가 물보다 가벼운 이유

눈뭉치에는 고체 상태의 얼음 결정 사이에 공기가 포함되어 있어 밀도가 더 낮습니다.

눈뭉치의 대부분은 공기와 얼음의 혼합체로, 밀도가 물보다 훨씬 낮기 때문에 물에 뜨거나 가벼워 보입니다.

결론

눈뭉치가 물보다 가벼운 이유는 결합력 차이 때문이 아니라 고체 상태의 구조적 특성과 공기의 포함으로 인해 밀도가 낮아지기 때문입니다. 고체 상태의 눈은 물 분자 사이에 더 많은 빈 공간을 포함하고 있기 때문에 물보다 가볍습니다.

다음은 눈뭉치를 얼음으로 간주하면 안되는 이유에 대한 챗GPT의 설명이다. 

눈뭉치를 얼음의 밀도로 간주하면 안 되는 이유는 눈과 얼음의 구조적 차이와 밀도 차이 때문입니다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같습니다.

1. 밀도의 차이

눈은 많은 공기층을 포함한 결합이 느슨한 상태로 되어 있어 밀도가 낮습니다. 일반적으로 눈의 밀도는 50~200 kg/m³ 정도입니다.

얼음은 고체 상태로 공기층이 거의 없어 밀도가 약 917 kg/m³입니다. 이는 같은 부피에서 눈보다 훨씬 무거움을 의미합니다.

2. 구조적 차이와 압축성

눈뭉치는 압축하면 쉽게 모양이 변하고 내부에 있는 공기가 빠져나가면서 부피가 줄어듭니다. 따라서 눈의 밀도는 가변적입니다.

반면 얼음은 단단한 결정 구조로 되어 있어 압축이나 충격에도 모양이 쉽게 변하지 않습니다.

3. 역학적 특성

눈과 얼음은 무게를 견디는 능력도 다릅니다. 눈은 압력을 받으면 쉽게 부서지거나 녹을 수 있지만, 얼음은 단단하게 형태를 유지합니다. 이로 인해 물리적 계산에서 눈뭉치를 얼음과 같은 조건으로 다루면 잘못된 결과를 초래할 수 있습니다.

4. 온도와 시간에 따른 변화

눈은 온도와 환경에 따라 쉽게 녹거나 얼어 상태가 변하지만, 얼음은 더 안정된 상태를 유지합니다. 시간이 지남에 따라 눈뭉치가 더 압축되면 그 밀도도 변할 수 있어 일관된 계산이 어렵습니다.

결론적으로, 눈뭉치를 얼음의 밀도로 사용하는 것은 물리적, 구조적 특성의 차이 때문에 부정확한 결과를 낳을 수 있어 적절하지 않습니다.