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영화 '인터스텔라(Interstellar)'속 과학이야기
2014년 12월 01일 (월) 김성원 교수(과학교육학과) -

  영화 ‘인터스텔라’에 많은 사람들이 열광하고 있다. 이 영화는 기존의 천체물리 관련 영화들에 비해 훨씬 정확한 과학적 지식과 시각적 이미지를 사용해 관객의 이해를 돕고 있으며, 이것이 높은 호응을 얻는 결과로 이어지고 있다. 특히 이 영화의 제작 과정에서 과학적 검증과 영상화를 위해 책임 감독(executive producer)으로 참여한 미국 Caltech의 킵손(Kip Thorne) 교수는 최고의 천체물리학자이며 과학의 대중화에 힘써온 분이다.

  이 영화에는 특히 상대론과 중력, 블랙홀, 웜홀이 소재로 사용되고 있어 관객들의 이해가 필요한 부분이다. 중력은 우리가 늘 경험하고 있는 개념이다. 중?고등학교 때 배운 만유인력의 법칙은 뉴턴이1687년에 공식화를 발표한 중력이론이며, 이 법칙은 228년간 아무 문제없이 잘 사용되고 인식되어왔다.

  그러나 1915년 아인슈타인은 특수상대론과 모순되지 않는 중력이론을 만들어 소위 일반상대론이라 불리는 중력이론을 완성하였다. 그는 이 이론에 의해 수학적으로 아주 복잡하지만 그동안 해결하지 못했던 문제들을 해결함과 동시에 사람들이 세상을 보는 관점을 바꾸었다. 그중에서 중력에 의해 시공간이 굽어진다는 가설은 실제로 태양 주위에서 빛의 휘어짐이 관측됨으로써 사실(진실)로 밝혀지게 되었다. 이때 공간의 굽어짐은 상상하기 어렵지 않으며 시각화도 가능하다.

  시간의 문제는 시간의 팽창으로 설명이 가능하다. 즉 중력이 클수록 시간이 느리게 흘러간다. 예를 들면 어느 피아니스트가 중력이 아주 큰 별에서  빠르게 곡을 연주한다면 멀리 떨어진 중력이 약한 곳에서는 그 곡이 훨씬 더 천천히 연주되는 것으로 들린다. 물론 이러한 현상은 중력이 매우 강한 경우에 적용되며 중력이 비교적 약할 때에는 뉴턴의 만유인력의 법칙으로도 충분히 설명이 가능하다.

  웜홀이란 공간의 지름길을 말한다. 그림처럼 벌레가 사과 표면을 기어서 이동하는 것보다 지름길을 통하면 훨씬 짧은 경로를 이동하게 된다. 이처럼 공간적으로 상당히 떨어져 있는 두 지점을 잇는 것이 웜홀의 기능이다. 웜홀은 우주에서는 매우 불안정한 상태로 존재해 과거에는 그 가치를 인정받지 못했다. 그러나 1988년 이후 킵손 교수가 웜홀을 안정화할 수 있는 방안, 즉 충분히 통로를 열어 놓을 수 있는 물질을 찾게 되자 웜홀은 과학자들의 관심거리가 되었다.

  블랙홀은 중력이 매우 강해서 공간이 심하게 굽어져 빛마저도 빠져나오지 못하는 구조를 가지고 있는 천체를 말한다. 이 천체는 질량에 비해 그 크기가 엄청나게 작으며, 태양보다 3-4배 이상의 질량을 가진 별이 수명이 다한 후에 자연적으로 붕괴되어 생성된다. 블랙홀의 내부에는 모든 것들을 부수어버리는 공간적인 구조를 가지고 있는데 이를 특이점(singularity)이라 부르며 하나의 점과 같은 구조로 이루어져 있다.

  그런데 블랙홀 중 회전하는 블랙홀은 특이점의 구조가 고리의 형태로 되어 있어서, 영화에서는 그 고리를 통하여 다른 우주로 이동하는 상황을 구현하고 있다. 이 과정에서 전혀 손상되지 않고 빠져 나갈 것이라고 생각한 것이다. 영화에서는 이렇게 회전하는 블랙홀을 3차원으로 표현함으로써 과학적으로도 타당하고 시각적으로도 매우 아름답고 신비감 넘치는 영상을 보여주고 있다.

  이런 과학적 지식은 ‘인터스텔라’의 스토리와 이미지를 훨씬 더 깊이 이해할 수 있게 한다. 그리고 영화관 안에서 짧은 시간이지만 별과 별 사이의 여행이 주는 기쁨을 훨씬 더 크게 느낄 수 있을 것이다.

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