우리는 우주를 표현할 때 미지의 공간이라고 칭한다. 인간은 끊임없이 새로운 것을 찾아 떠나며 우주는 계속해서 인간에게 무한한 신비로움을 제공한다. 따라서 우주에 대한 이야기를 담은 책이나 영화, 다큐 등은 언제나 우리의 흥미를 이끌기 마련이다. 광활한 우주, 그 안에 놓인 무수한 놀라운 광경, 그리고 그에 비해 한없이 작아지는 인간이라는 존재… 이 수많은 이야기를 담은 영화 속 우주는 관객들을 사로잡기에 충분하다. 이번 학술에서는 영화 속 단골 소재, 우주에 관한 이야기를 담은 영화를 살펴보며 그 안에 숨겨진 신비하고도 놀라운 우주에 관한 진실을 다루고자 한다.

                                                   ▲인터스텔라 (Interstellar, 2014) SF 2014.11.06. 개봉 크리스토퍼 놀란 작품

◎'인터스텔라' 속 물리학이야기

인터스텔라는 우주 영화를 이야기 할 때 항상 회자되는 작품으로 전세계적으로 많은 사랑을 받은 크리스토퍼 놀란 감독의 작품이다. 우리나라에서는 천만관객을 넘을 정도로 일반관객들에게 큰 인상을 주었지만 과학적으로도 큰 놀라움을 자아낼 만큼 블랙홀에 대한 이론을 잘 담아냈다는 평을 받았다. 실제로 이 한 편의 영화를 위해 조나단 놀란 각본가는 4년을 대학에서 보내며 상대성 이론과 웜홀이론을 공부했다고 전해진다.

◎상대성이론과 블랙홀 이론

아인슈타인의 상대성이론은 특수상대성이론과 일반상대성이론으로 이루어진다. 아인슈타인의 일반상대성이론은 질량이 시공간을 휘게 만들어 중력장이 형성된다고 보는 관점으로, 물체가 천체의 중력이 휘어 놓은 시공간 안에서 운동한 결과로 떨어진다고 설명한다. 영화는 “중력은 시공간을 휘게 한다”는 상대성이론에서 시작해 “블랙홀 주위에서는 시간이 늦게 간다”, “웜홀을 통해 다른 우주로 갈 수 있을까?” 등의 다양한 과학적 이야기를 주인공 ‘쿠퍼’가 우주에서 겪는 사건을 통해 투영시킨다.

◎ 중력은 어떻게 차원을 넘어섰을까?

그중 가장 명장면으로 사람들에게 기억되는 “S-T-A-Y” 장면에도 “초끈이론”이라는 과학적 이야기가 숨겨져 있다고 한다. 주인공 쿠퍼가 블랙홀에 들어가고 5차원 공간을 마주하게 된 장면에서 자신의 딸인 머피를 통해 인류를 구할 중력방정식의 실마리를 머피에게 전달한다. 그 과정에서 쿠퍼는 중력을 이용해 의사를 전달하는데, 위치와 장소를 옮겨 다닐 수 있지만 파동이나 빛, 전자기력은 시공간에 영향을 줄 수 없어 중력을 통한 의사소통법을 선택했다는 영화적 설정이다. 그렇다면 중력이 어떻게 차원을 넘어설 수 있을까?

사람이 인식할 수 있는 차원은 점, 선, 면으로 이루어진 3차원 공간에 시간의 1차원을 합한 4차원이다. 초끈이론은 11차원까지의 존재에 대해 설명하며, 빅뱅 후 나머지 차원들이 수축해 지금의 세상을 이루었다고 설명한다. 지금까지 알려진 자연에 존재하는 힘은 총 4가지로 중력, 전자기력, 강한 핵력(강력), 약한 핵력(약력)이 있다. 그중 전자기력이나 약력, 강력, 빛 등은 끈의 양끝이 4차원에 고정되어 있어 차원을 넘어설 수 없다. 하지만 중력 끈은 원형으로 차원에 고정되어 있지 않아 차원을 넘어설 수 있다.

따라서 5차원 공간에 들어간 쿠퍼가 중력을 통해 메시지를 전달하는 장면이 설명될 수 있는 것이다. 하지만 실제로 블랙홀의 지평선을 통과해 5차원 공간에 갈 수 있는 것은 아니므로, 현재로서는 5차원으로 넘어가는 방법은 없고 이는 영화적 설정을 통해 연출된 장면이다.

“우리는 답을 찾을 것이다. 늘 그랬듯이…”

위의 영화는 인간의 생존과 존재에 대해 그리고 우주라는 무한한 공간에 대한 이야기를 담는다. 주인공 쿠퍼가 인류의 생존을 위해 분투하며 가족의 사랑을 이야기하는 동시에 그 안에 상대성이론, 초끈이론, 웜홀이론 등의 과학적 이야기가 숨겨져 있다는 것이 놀랍지 않은가. 아는 만큼 보인다는 말과 같이 영화 속 숨겨진 과학적 지식을 알고 본다면 영화를 한층 더 재미있게 즐길 수 있을 것이다.

▲사진 출처: 네이버 영화(인터스텔라 스틸컷)

※참고자료

네이버캐스트, 물리산책, 영화 [인터스텔라]의 물리학

네이버캐스트, 물리산책, 천문학자가 본 ‘인터스텔라’

※본 기사의 메인 이미지의 출처는 '네이버 영화(인터스텔라 스틸컷)'입니다.