나뭇잎 무성한 여름이 지나고 있다. 보행 신호 기다리는 한낮의 짧은 시간에도 자꾸 가로수 밑 그늘에 눈이 간다. 울창하게 우거져 큰 그늘을 만드는 것은 우리가 아닌 나무 자신을 위해서다. 생존과 성장에 필요한 에너지를 광합성으로 만들어내는 나무는 햇살 한 줄기가 아쉽다. 내리쬐는 모든 햇살을 결코 허투루 보내지 않겠다는 나무의 각오가 큰 그늘을 만들어낸 셈이다. 자신을 위했을 뿐인데 덕분에 우리는 땀을 식힌다. 아무것도 의도하지 않는 자연이 만들어낸 놀라운 신비다. 나뭇가지가 뻗어 자라는 모습도 신비롭다. 수직으로 자라는 줄기에서 여러 가지가 비스듬히 자란다. 이런 방식으로 n번째 단계의 가지에서 이보다 가는 n+1번째 단계의 가지가 자라는 것을 예닐곱 번 되풀이하는 나무도 있다. 여러 단계로 가지가 자란 나무 전체를 화면 가득 담아 사진을 찍자. 다음에는 줄기에서 뻗은 굵은 첫 단계 가지를 하나 골라 똑바로 선 모습이 되도록 화면을 기울여 두 번째 사진을 찍자. 두 사진을 나란히 펼쳐 놓고 비교하면, 어느 쪽이 나무 전체인지 쉽게 구별하기 어려운 경우가 많다. 이처럼 부분이 전체를 닮은 것을 ‘프랙털’이라 한다. 부피가 주어져 있을 때 가능한 한 넓은 면적을 갖는 것이 프랙털이다. 기나긴 진화의 과정에서 가지를 넓게 펼쳐 더 많은 햇볕과 공기와 만나고 뿌리도 넓게 뻗어 더 많은 물과 만난 나무가 출현했다. 재료는 아끼고 접촉 면적은 넓히는 최적화 문제를 오랜 시간 고민해 진화가 결국 찾아낸 답이다. 바다이야기게임 나무는 서로 마주 보는 두 개의 프랙털이다. 나무가 보여주는 신비한 현상은 더 있다. 무려 100m를 훌쩍 넘는 키를 자랑하는 나무는 그 높이까지 도대체 어떻게 물을 전달할까? “불가능한 것을 제거하고 나면, 믿기 어려워도 남은 것이 진실”이라고 한 셜록 홈스를 따라 생각을 이어가보자. ‘빨대로 음료를 마시는 것과 같은 원리’라는 첫 가설은 어떨까? 지구의 대기는 빨대 아래쪽 음료를 1기압의 압력으로 눌러주니 입안 압력을 이보다 줄이면 음료가 빨려 올라온다. 하지만 아무리 줄여도 입안 압력은 0보다 작을 수 없으니, 압력 차의 한계는 기껏 1기압이다. 1기압은 높이 10m의 물기둥에 해당해서 슈퍼맨이라도 10m보다 긴 빨대로는 음료를 마실 수 없다. 100m 넘는 나무도 그렇다. 첫 가설은 기각된다. 아파트 높은 층에서도 수도꼭지를 틀면 물이 나온다. 높은 곳의 압력을 줄여서 빨아올리는 첫 가설의 방법으로는 10m가 한계여서 불가능해도, 지면 근처 압력을 높여 밀어서 올리는 방법으로는 얼마든지 가능하다. 이 방법을 나무가 이용한다는 두 번째 가설은 어떨까? 만약 맞다면 나무 아래 수압은 10기압 이상이어서 밑동을 자르면 분수처럼 물이 솟구쳐야 한다. 이런 분수를 본 사람은 없으니 두 번째 가설도 기각. 컵에 걸쳐놓은 화장지를 따라 물이 위로 스며 올라가는 모세관 현상은 어떨까? 이 방법으로는 기껏 몇m 정도가 한계여서 세 번째 가설도 기각된다 모바일 바다이야기 고래 . 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 매질이 이동하는 삼투압으로 설명하는 네 번째 가설도 문제다. 삼투압으로 100m 높이까지 물을 올릴 수 없을뿐더러, 염도 높은 바다에서 자라는 맹그로브도 있기 때문이다. 자, 이제 현대 과학의 답을 소개하자. 물 분자 사이에는 서로 잡아당기는 전기적인 인력이 작용해서 나무 물관 안의 물은 중간에 끊기지 않고 죽 이어져 있다는 것이 답이다. 100m 높이 가지 끝 나뭇잎부터 뿌리까지, 물만으로 이루어진 긴 밧줄이 물관 안에 들어 있는 셈이다. 물 밧줄의 형성은 이렇게 물 분자 사이 인력으로 설명할 수 있지만 물의 밧줄이 위로 움직이는 이유는 다른 설명이 필요하다. 높은 나뭇잎에서 일어나는 증발이 물의 밧줄을 위로 잡아당긴다는 것이 답이다. 공기 중으로 증발해 뛰쳐나가는 물 분자는 자기 바로 아래 물 분자를 위로 잡아당긴다. 그리고 그 물 분자는 자기 아래 물 분자를 잡아당긴다. 이 과정이 길게 이어지면서 물의 밧줄 전체가 조금씩 위로 오르며 높은 곳 나뭇잎까지 물을 공급한다. 오늘 소개할 마지막 질문이다. 도대체 어떻게 100m보다 긴 물의 밧줄이 만들어질 수 있었을까? 모든 키 큰 나무는 한때 키가 작았다는 것이 알고 나면 당연한 답이다. 100m 넘게 높게 자란 나무의 물관 안 물기둥은 나무가 자라는 평생 동안 단 한 번도 끊긴 적이 없다. 과학은 나무와 자연의 신비를 풀어헤치지 않는다. 거꾸로다. 과학으로 알고 나면 자연은 더 신비롭다. 김범준 성균관대 물리학과 교수 김범준 성균관대 물리학과 교수 쉽게 구별하기 어