크리스토퍼 놀란 감독의 영화 인터스텔라(Interstellar, 2014) 는 단순한 SF 영화가 아니라, 현대 물리학과 천체물리학 이론을 기반으로 한 정교한 과학적 설정을 포함하고 있다. 블랙홀, 웜홀, 상대성이론, 시간 지연, 다차원 공간 등 영화 속에서 등장하는 개념들은 단순한 픽션이 아니라 실제 물리학자들이 연구하는 주제들이다.
특히 이 영화는 아인슈타인의 상대성이론을 중심으로 한 시간과 공간의 변화를 과학적으로 설득력 있게 구현했으며, 블랙홀 ‘가르강튀아(Gargantua)’의 시각적 표현은 천체물리학자 킵 손(Kip Thorne)의 연구를 바탕으로 제작되었다. 이번 글에서는 인터스텔라 속 과학적 개념들이 실제 물리학과 얼마나 일치하는지 분석해보고, 영화적 연출을 위해 각색된 부분까지 함께 살펴보겠다.
1. 블랙홀과 웜홀, 영화 속 묘사는 과학적으로 정확할까?
인터스텔라에서 주인공 쿠퍼(매튜 맥커너히 분)와 동료들은 지구의 생존 가능성이 희박해지자, 인류가 이주할 수 있는 행성을 찾기 위해 웜홀을 통해 다른 은하로 이동한다. 이때 중요한 개념이 바로 블랙홀과 웜홀이다.
① 블랙홀 ‘가르강튀아’의 사실적 묘사
영화에서 등장하는 초거대 블랙홀 ‘가르강튀아’는 실제 천체물리학 이론을 바탕으로 디자인되었다. 특히, 빛이 블랙홀의 강한 중력에 의해 휘어지는 중력렌즈 효과(gravitational lensing) 가 제대로 구현되었다. 블랙홀 주변에 보이는 빛나는 원반(강착 원반)은 블랙홀의 강한 중력으로 인해 휘어져 뒤쪽까지 보이는 현상을 반영한 것이다.
킵 손 박사의 시뮬레이션을 기반으로 제작된 이 블랙홀은 실제 블랙홀의 모습을 가장 정확하게 시각화한 사례로 평가받으며, 이후 2019년 실제 블랙홀 ‘M87*’이 촬영되었을 때도 영화 속 블랙홀과 유사한 점이 많아 화제가 되었다.
② 웜홀, 이론적으로 존재할까?
웜홀(Wormhole)은 영화 속에서 주인공들이 지구에서 1만 광년 떨어진 다른 은하로 이동하는 통로로 등장한다. 웜홀은 아인슈타인-로젠 다리(Einstein-Rosen Bridge)라고도 불리며, 이론적으로는 시공간을 잇는 일종의 터널로 설명된다.
하지만 현재까지 웜홀의 실제 존재는 확인된 바 없으며, 웜홀이 존재한다고 해도 영화처럼 안정적으로 유지하려면 음의 에너지(Negative Energy) 같은 특수한 조건이 필요하다. 따라서 현실적으로는 웜홀을 이용한 우주여행은 아직 불가능한 상태다.
2. 상대성이론과 시간 지연, 현실에서도 가능한가?
영화에서 가장 극적인 장면 중 하나는 밀러 행성에서 단 1시간을 보낸 후 우주선으로 돌아왔을 때, 23년이 지나버린 상황이다. 이는 중력에 의한 시간 지연(Time Dilation) 현상을 기반으로 한 설정이다.
① 중력과 시간 지연의 원리
아인슈타인의 일반 상대성이론(General Relativity) 에 따르면, 강한 중력장이 존재하는 곳에서는 시간이 더 천천히 흐른다. 이는 실험적으로도 입증된 현상이며, 우리가 사용하는 GPS 위성에서도 중력에 의한 시간 차이를 보정해야 한다.
밀러 행성은 블랙홀 가르강튀아 근처에 위치해 있어, 강한 중력의 영향을 받는다. 따라서 행성 표면에서의 1시간이 우주선이 위치한 곳에서는 23년으로 변하는 현상이 발생한다. 이론적으로는 가능하지만, 밀러 행성이 블랙홀의 강한 조석력(Tidal Force)으로 인해 파괴되지 않고 존재할 수 있는지는 논란의 여지가 있다.
3. 다차원 공간과 미래 인류, 과학적으로 설명될 수 있을까?
영화 후반부에서 쿠퍼는 5차원 공간(테서랙트)에 도달하게 된다. 이는 단순한 SF적 상상이 아니라, 현대 물리학의 끈 이론(String Theory) 과 연관된 개념이다.
① 다차원 공간의 가능성
끈 이론에 따르면, 우리가 경험하는 3차원 외에도 10차원 이상이 존재할 가능성이 있다. 그러나 우리가 이를 인식하지 못하는 이유는 고차원 공간이 미세한 크기로 말려 있기 때문이라고 설명된다. 영화에서 등장하는 5차원 공간은 이러한 이론을 바탕으로 만들어진 설정이다.
② 인류는 시간과 공간을 초월할 수 있을까?
쿠퍼는 5차원 공간에서 딸 머피에게 메시지를 전달하는데, 이는 자기 일관성 원리(Self-Consistency Principle) 를 따른다. 즉, 과거를 변경하는 것이 아니라 원래 예정된 역사 속에서 사건이 진행된다는 이론이다.
현실에서는 사람이 다차원 공간을 인식하고 조작하는 것이 불가능하지만, 양자 얽힘(Quantum Entanglement)과 같은 물리학 개념들이 미래 연구를 통해 새로운 가능성을 열어줄 수도 있다.
결론
인터스텔라는 단순한 SF 영화가 아니라, 현대 물리학 이론을 기반으로 과학적으로 설득력 있는 스토리를 구축한 작품이다. 블랙홀, 웜홀, 상대성이론 등 영화 속 과학적 개념들은 대부분 현재 연구되고 있는 이론들과 부합한다.
물론 영화적 상상력이 가미된 부분도 있지만, 인터스텔라는 대중에게 물리학의 흥미로운 개념을 쉽게 전달하는 역할을 했다. SF 영화 마니아라면, 이 영화를 단순한 오락물이 아닌 과학적 탐구의 관점에서도 감상해보길 추천한다.