얼마전 IMAX로 인터스텔라를 알현하고, 골수까지 파고드는 영상미의 향연에 취했었습니다.

저는 정말이지 무당이 신내림을 받으면 이런 기분일까 싶을정도로 놀란의 인터스텔라에 깊이 빠져있지만,

이글에서는 객관적인 사실 위주로 담아낼 예정입니다. 동생도 이걸 보고 왔는데, 제가 아무래도 관련 분야에서 일하고있다보니

질문 리스트를 만들어서 한글파일로 보내주더군요. 동생에게 길게 답변을 써주다가, 이걸 pgr에도 공유하면 재밌겠다 싶어서 올려봅니다.

아래 Q 부분은 동생의 질문이며, A는 제가 답변한 부분입니다. 동생과의 이야기를 그대로 옮겨와서 구어체인 점 양해해주시면 감사하겠습니다.

또, 저도 웜홀물리학 같은걸 하는 사람은 아닌지라 특정 부분에 대해서는 틀린 대답을 했을수도 있습니다..

* * * * *


Q. 행성이 엄청 무거워. 근데도 우주에 두둥실 떠있는건 우주가 무중력상태라서 그런거겠지? 질량에 관계없이?
A. 주먹만한 돌을 줄에 매달고 빙빙 돌리면 공중에서 붕붕 돌아가지? 그 돌은 왜 땅으로 떨어지지않냐? 원심력때문이지? 그거임. 모항성(태양계로 치면 태양)의 중력이 그 줄의 역할을 해서 행성들을 자기 주변으로 빙빙 돌리고 있기때문임. 물론 어느날 갑자기 모항성이 없어진다하더라도 행성이 아래로 떨어질 일은 없음. 왜냐면 우주에는 위아래가 없으니까...


Q. 지금 우리한테도 중력이 작용한다이가? 우리가 있는 곳을 행성 안이라고 보면 행성 밖에도 중력이 작용하는거가? 왜?
A. 우리가 있는곳은 행성 ‘안’이 아니라 행성 ‘표면’이라고 보는게 맞지. 행성밖에도 중력이 작용하냐는 질문의 대답은 'yes'. 사실 중력은 거리의 제곱에 반비례해서 힘이 약해지는데, 이 말은 즉 거리가 아무리 멀어도 약하게나마 중력이 작용한다는 말임. 지금 이 글을 쓰는 나와 미국 어딘가에 있는 내친구 사이에도 중력은 작용하고 있음. 그럼에도 내가 그 친구에게 끌려가지 않는 이유는 지구가 우리 둘을 각각 당기는 힘에 비하면 우리 둘 사이의 인력은 없다고 봐도 될 정도로 작기 때문임.

Q. 중력이 크면 왜 시간은 느리게 가는거지?
A. 설명하기 어려움. 간단히 말해서 모든 질량을 가진 물체의 주변은 왜곡되어있음, 근데 그 질량이 크면 클수록 왜곡되는 정도가 다른데, 영화속 블랙홀 정도의 질량(아마도 태양의 수배에서 수십배)이라면 주변의 시공간이 엄청나게 어그러져있지. 공간이 일그러져있다는 것에 대한 증거는, 아주 무거운 천체 주변에서 빛이 휜다는게 관측적으로 증명이 되어있음. 그런데 빛은 무조건 직진하는 성질이 있잖아. 그럼 직진해야하는 빛이 휘었다는 말은, 빛이 이동하는 공간 자체가 휘어있다는 말이 되는거임. 우리가 살고있는 세상이 4차원(x,y,z축의 3차원 + 시간 1차원)이라는걸 생각하면, 블랙홀 주변의 공간은 x,y,z축 뿐만 아니라 시간조차도 영향을 받게되는 거지. 자세한건 상대성이론을 공부해야됨... 나도 정확히는 모름. 상대성 이론 수업 안들어서.

Q. 영화에서 보면 웜홀설명할 때 처음에 ‘그들’이 만들었다고 한다이가? 근데 영화 마지막에보면 그들은 자기 자신이다이가 막 아빠가 5차원공간 가가지고 막. 결국 아빠나 뭐 그 동료들은 웜홀을 만든적이 없잔아? 그럼 누가 만든거임?
A. 이건 과학적인 질문은 아닌거같은데. 여기서 지칭하는 ‘그들’은 먼 미래의 시공간을 정복한 인류를 지칭하는 것 같음. 시공간을 지배했으니까 과거의 인류를 도와주러 온거지. 하지만 과거의 인류가 멸망하면 미래의 인류가 생길 리가 없잖아? 과거 인류의 멸망을 막으러 미래의 인류가 왔다면 또 말이 안되지. 이게 시간여행의 역설이라는 거임. 이것 때문에 타임머신을 만들 수 없다고 이야기하는 학자들이 있지. 하지만 진실은 아무도 모름.

Q. 웜홀은 영화를 떠나서 뭐고, 왜생김?
A. 웜홀은 차원의 구멍임. 평면이 2차원이라는건 알고있겠지. (x,y축으로 평면의 모든 부분을 표현할수있으니 2차원) 이 평면에 개미 한 마리가 살고 있다고 가정해봐. 그런데 이 평면은 알고보니 거대한 사과인데, 개미는 너무 작아서 평면처럼 알고 있던 거지. 개미가 사과표면의 한쪽에서 반대쪽으로 가는 방법은 표면을 따라서 빙 둘러 가는길 뿐이야. 얘들은 2차원에 살고있으니까 2차원밖에 모르거든. 그런데 어느날 사과를 어떤 벌레가 파먹어서 긴 구멍이 뚫렸다고 생각해봐. 개미입장에서는 뭔지 모르겠지만 이 구멍을 통과하면, 평소보다 훨씬 빨리 이동한다고 생각하겠지. 이게 바로 웜홀이야. 우리가 4차원의 개미이고, 웜홀은 그보다 한차원 높은 구멍인거지. 그래서 이걸 통과하면 영화속에서 종이와 연필을 가지고 보여준대로, 순식간에 먼거리를 이동할 수 있지.
웜홀이 왜생기냐고 물으면, 사실 니 옆에도 지금 웜홀이 생겼다 없어졌다 하고있음. 양자역학에 따르면 웜홀은 이 세상의 모든 곳에서 아주 작은 크기로 순식간에 생겼다가 사라졌다가 하고있는데, 그 생기고 사라지는 과정이 0.0000000000000000000000000000000000000000000001초 안에 이루어지기 때문에 사실상 관측이 불가능하다고 이야기하고있음. 그 외에 인공적으로 엄청난 에너지를 한 점에 투사해서 일시적으로 웜홀을 만들 수 있다는 얘기도 있던데 이건 나도 전문가가 아니라 잘 모름.

Q. 영화에서처럼 웜홀을 통해서 시간여행이 가능함?
A. 웜홀이 뭔지도 잘 모르는데, 그걸 사용할 생각은 아직 인류가 못함. 전부 상상할 수 밖에 없음. 그렇지만 이런건 가능할지도. 잘 생각해봐. 빛이 속도가 무한대가 아니라는건 알고있지. 그럼 아주 먼별에서 별빛이 지구까지 도달하는데 3만년이 걸린다고 치자. 그러면 우리가 지금 보고 있는 그 별은 사실 3만년전의 별빛이지. 그런데 위에 말한대로 웜홀로 순간이동해서 그 별 바로옆에 뿅하고 나타나면, 우리는 지구기준에서 3만년 후에나 볼 수 있는 별빛을 보게 되는거지. 그럼 미래로 시간여행했다고 할 수 있을까? 글쎄. 그건 ‘시간여행’의 정의에 따라 달라지는거겠지.

Q. 블랙홀은 왜 생김? 블랙홀의 중력은 상상할수 없을만큼 크다고 하잖아? 왜 그런거임?
A. 만유인력의 법칙에 따라 모든 질량을 가진 입자는 서로를 당기고있어. 그렇지만 우리가 모두 하나로 뭉쳐버리지 않는이유는, 우리 몸의 입자들이 전기적인 결합을 하고 있고, 이 힘이 우리몸의 질량이 가진 중력보다 훨씬 크기때문이지. 그런데 이게 질량이 태양쯤 되면 이야기는 달라져. 아까말한 ‘전기적인 결합’은 질량에 관계없이 오로지 전하량과 거리에만 관계하는 힘이야. 그런데 중력(만유인력)은 질량이 크면 클수록 무한히 강해지는 힘이거든. 그러니까 태양정도의 질량이 되면, ‘전기적인 결합’의 힘보다 중력의 힘이 더 커지게돼. 그래서 무거운 별들은 내부에서 핵융합을 통해 안으로 짜부러지려는 중력의 힘에 저항하고 있어. 좀더 쉽게 설명하면, 별들이 내부에서 쉴새없이 엄청난 양의 수소폭탄을 터트리면서 안으로 누르는 중력의 힘에 저항하고 있는거야. 그런데 이 수소폭탄을 터트리려면 수소가 필요하잖아. 이게 터지고 나면 수소가 헬륨으로 바뀌거든. 그말은 곧 별의 수소가 어느순간 다떨어지게 된다는 얘기야. 공급이없이 수요만 있으니까. 그럼 별이 더 이상 내부에서 수소폭탄을 터트리지 못하게되니까, 중력에 저항할 수 없어. 그럼 쪼그라들겠지. 이게 쪼그라드는게 어느 순간 확 폭발적으로 일어나게 되는 걸 초신성이라고 하는거야. 순간적으로 쪼그라드는 압력을 이기지 못하고 충격파에 의해 물질들이 터져나가는거지. 태양은 질량이 충분히 크지 않아서 초신성이 되지않을꺼야. 별들 중에 태양보다 10배이상 무거운 별들은 초신성이 될 수 있어. 초신성이 되면 별의 외곽부분 물질을 싸그리 날려버리고, 중심부와 별의 핵은 계속 쪼그라들다가 저 위에서 설명한 ‘전기적인 결합력’과 싸움이 일어나지. 이때 초기 질량이 태양보다 30배(정확한수치는 아닐수도 있음)이상 크면, 이 ‘전기적인 결합’의 힘이 중력을 이기지 못해. 그럼 이제 중력을 막을 건 아무것도 없게되지. 그렇게 무한히 수축해서, 한 ‘점’으로 모든 질량이 뭉쳐버리는 거야. 그게 블랙홀이야.
그럼 너는 묻겠지. 왜 한 점으로 수축한다면서 영화속의 블랙홀은 거대하게 표현되었냐고. 자 예시를 들어줄게. 로켓이 지구궤도를 벗어나 다른 행성으로 가려면 초속 11km정도의 속력을 내야해. 이걸 탈출속도라고 불러. 만약 지구가 질량이 지금보다 커서 중력이 크다면 그 탈출속도는 더 커야만 하겠지. 그런데 만약 지구의 질량이 어마어마하게 커져서 탈출속도가 빛의 속도보다 커지면 어떻게 될까. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 빛보다 빠른 질량을 가진 물체는 이세상에 존재할 수 없어. 따라서 중력이 어느 정도 이상으로 큰 부분에서는 빛을 포함한 그 무엇도 탈출하지 못하는거야. 아까 블랙홀이 무한히 작은 점에 모든 질량이 뭉쳐있다고 했지. 중력은 거리의 제곱에 반비례한 힘이니까, 그 점에 어느 이상으로 가까워지면, 어느시점에서 탈출속도가 빛의 속력이 되는 지점이 있을꺼야. 그 지점이상으로  넘어가면 빛을 포함한 그 무엇도 탈출할 수 없어. 바로 그 지점이 블랙홀의 시간지평선(Event horizon)이 되는 거고, 보통 블랙홀의 반지름(Schwarzschild radius) 이라고 하면 블랙홀 중심부부터 시간지평선까지의 거리를 말해.
영화에서 아는사람은 환상적으로 느꼈던 부분은, 블랙홀 주변에 토성비슷하게 원반형태로 밝게빛나는 물질들이 소용돌이 치고있었잖아. 이게 실제로 블랙홀 중에 몇몇은 이렇게 보일 거라고 예측하고 있거든. 물질들이 하수구에 물빠지듯이 블랙홀로 엄청난 속력으로 끌려가면서 지들끼리 마찰을 일으켜서 엄청난 빛과 열을 발생시키고 있는 이런 구조를 강착원반(accretion disk)이라고 하는데, 영화에서 이 강착원반을 정말 훌륭하게 연출해서 과학자들이 침 질질 흘리고 있는거지. 사실 영화에서의 블랙홀이 이런 강착원반을 가질만한 블랙홀인지는 의심이 가는 부분이지만, 연출을 위한 영화적 기법이라고 생각하고 넘어가자.

Q. 영화에서 계속 블랙홀 안을 들여다 볼 수 있으면 양자? 뭐 진실을 알 수 있는 것처럼 얘기하잖아 그건 뭔데. 실제로 블랙홀 안에 현재 천문학에서 찾는 답이 있나? 형도 그 안에 뭐가 있는지 모르겠지?
A. 여기있는 질문들은 나도 대답을 못함. 확실한건 우리가 아는 물리학이 맞다면 블랙홀안에 들어간 사람은 어떤 방식으로도 우리에게 안쪽에서 일어나는 일을 알려줄 수 없어. 그리고 그 안에서는 아마 우리가 아는 물리법칙이 전혀 작용하지 않을꺼고. 예전 사람들은 물질이 끌려가기만 하는 블랙홀이 있다면, 우주어딘가에는 이 끌려간 물질들이 반대로 나오기만 하는 화이트홀이 있을거다 라는 이론도 있었는데, 유명한 과학자인 스티븐호킹이 이걸 부정하는 이론은 내놓았지. 소위 호킹복사 라고 하는 건데 이건 너무 어려우니 패스.


Q. 만 박사 행성에 가서 박사가 뭐 지층에서 뭐 증거가 있댔나 뭐 지층이 있댔나 그러잖아. 그 얘기듣고 앤 헤서웨이를 비롯한 모두가 얼굴에 화색이 돌고. 그럼 금마들이 그런 얘기를 하고 있었던..베이스캠프라 해야되나 그건 지층말고 어디에 있던 건데. 지층이 있다는 게 중요한건가.
A. 지층이라고 했었나. 내기억이 맞다면 지하에는 뭐가 있다고 구라친건데. 그니까 박사가 했던말은, 이 행성은 지구같은데 단지 우리가 에베레스트산 같은곳에 착륙했을뿐이다, 저 밑에 지하로가면 사람이 살만한 곳이 나온다. 이거였음. 물론 사기였지만...

Q. 첫 번째 파도풀 행성에서 파도는 왜 그렇게 높게 생기는 건데? 그것도 중력인가?
A. 니 밀물 썰물알제. 그 밀물 썰물이 달과 태양의 중력이 지구의 바다를 끌어서 생기는 거라는 것도 들어는 봤겠지. 영화적 상상력으로, 블랙홀같은 거대한 중력 근처에 행성이 있으니까 밀물썰물 차이가 어마어마하게 나겠지, 그게 영화속의 파도로 보이는 거고.

라고 영화 연출을 한거지. 근데 사실 이건 과학적으로 오류. 자세히 설명하기 귀찮음. 분명한 건 그정도 파도를 일으킬 수 있을정도로 블랙홀에 가까이 행성이 위치한다면, 행성이 갈가리 찢겨나갔을꺼라는거지. 찢겨나가지 않았더라도 엄청난 화산폭발을 계속 일으키는 행성이 됬을꺼야, 바다는 꿈도 못 꾸는.


Q. 그리고 블랙홀인가 웜홀인가 들어갔다가 나오면 토성근처로 나온다이가 왜? 이건 설정이겠지?
A. 이건 영화속 설정. 개인적으로 크리스토퍼 놀란이 토성근처에 나오게 설정한 이유는, 토성의 아름다운 고리를 환상적으로 보여줌으로써 영상미를 극대화하기 위한 장치라고 생각함.

Q. 화이트홀이 웜홀의 출구였다면 처음 웜홀로 들어갔을 때 왜 블랙홀로 안나오고 딴데로 나온건데?
A. 웜홀은 다만 통로일 뿐이고, 그 통로로 들어갔더니 블랙홀이 존재하는 행성계 근처에 도착한거임.

Q. 5차원이란게 가능하나 3차원에다가 뭘 더하면 5차원인건데
A. 일단 우리세계는 4차원(공간3차원+시간1차원; 시간이 1차원인 이유는 너는 앞시간이나 뒷시간 이라는 말은 들어봤어도, 옆시간이라는 말은 상상할 수 없겠지. 시간은 일직선이라서 앞 뒤는 있어도 옆이라던지 위는 없는거야. 그래서 1차원). 우리는 4차원의 존재이기 때문에, 절대로 5차원을 알 수 없지. 우리가 잘모르는 무언가를 더하면 5차원이겠지. 어쩌면 5차원이라는건 공간4차원+시간1차원 일수도 있고, 우리가 상상도 못하도록 공간3차원 + 시간2차원...일수도있겠지.

Q. 마지막에 블랙홀에 들어갔을때 5차원의 공간으로 들어간다이가 책장 많은 거기.
그게 말이 되나
A. 영화에서는 시공간을 지배하게 된 먼 미래의 인류가 그런 공간을 임의적으로 만들어서 주인공을 그곳에 집어넣어줬다 라고 설명하더군. 왜 책장이냐고 묻는다면 먼 미래인류의 디자인센스를 탓해야겠지...


Q. 5차원이란게 만약에 시간개념이 들어가면 영화처럼 미래의 자신이 과거의 자신을 보고 할 수 있는거가. 5차원이 그럼 타원처럼 되있는 건가? 이게 제일 궁금하다.
A. 이건 영화적 상상력이겠지. 5차원이 타원인지 뭔지는 아무도 모르고 알 수도 없겠지. 미래의 자신이 과거의 자신 어쩌구 하는 파트는 위에말한 시간여행의 역설을 검색해보도록.

Q. 웜홀통과할 때 앤헤서웨이가 손가락 막 꾸부러지고 그러니까 옆에서 주인공이 뭐하냐고 묻잖아. 앤헤서웨이는 미지와의 첫 조우라고 대답하고. 근데 그 미지는 옆에 앉아있던 주인공이었지. 그게 말이 되냐 이말이지 된다면 왜 그런게 가능한건데?
A. 주인공이 마지막에 책장에서 볼일끝나고나니까 ‘그들’이 주인공을 돌려보내줬잖아, 그런데 시공간을 거슬러 돌아가던 도중에 마주친거지뭐. 개인적으로 ‘그들’이 주인공을 돌려보내줄때, 그렇게 시간과 공간을 맘대로 주무를 수 있는 존재들이라면 한 몇십년 과거로 돌려보내서 가족과 오래 잘 지낼 수 있게 해주면 안되나 라고 생각했음. 물론 ‘그들’은 그들만의 룰이 있어서 과거를 엿보게 해줄순 있어도 돌아가게 해주는건 안된다 라고 할 수도있겠지만, 이건 뭐 감독의 연출이고 설정인거지.