인터스텔라의 천문학적 근거는 개뻥이 아닐 수 있겠군요.

웜홀 통과 후의 인터스텔라의 우주 묘사에 대해서 과학적이라고 생각할 수 없었는데

전 이 블랙홀이 은하 내에 속한 항성형 블랙홀이라고 생각했거든요. 그래서 밀러행성의

시간 지연이나 대기권 탈출 속도, 사건 지평선으로 떨어지는 과정에서의 묘사 장면등등이

쉽게 납득이 안되어서 왜 이런 시나리오를 쓰느라 4년간 현대물리를 공부했던 것일까 의문이

들었는데 아래 사이트에서 가르강튀아 설정을 보고 나니 상상외의 스케일이라 납득이 되는 듯

하면서도 더 어렵기도 하네요.

http://www.space.com/27692-science-of-interstellar-infographic.html

가르강튀아 블랙홀 설정이

1. 블랙홀은 지구로부터 100억 광년 떨어진 곳에 위치해 있다.

2. 태양 질량의 1억배 무거운 블랙홀이다.

3. 광속의 0.98의 속도로 회전하는 kerr 블랙홀이다.

4. 사상지평선 크기는 지구와 태양의 공전 크기 정도이다.

5. 강착원반의 온도는 태양 표면과 동일한 수준이다.

6. 밀러 행성의 경우 공전 궤도가 사상의 지평선과 거의 붙어 있다.

아마 설정 자체를 지구와 태양 사이의 크기를 가진 블랙홀이 존재한다면 어떨 것인가 하는 생각으로 한 것

같은데 가장 쉽게 우리가 관측할 수 있는 힘이지만 굉장히 미약한 힘이기도 한 중력이기에 흥미로운 우주가

탄생한 것 같네요.

1. 슈바르츠 쉴트의 사상지평선 반지름을 가지는 정지된 블랙홀이라면 그 근방에서의 궤도의 속도가 광속이 되어야

하기에 행성크기의 물질이 존재하는 것이 불가능합니다. 

하지만  kerr 블랙홀의 경우 회전하는 각속도 때문에 사상지평선 외에 시공 자체가 블랙홀의

회전방향으로 딸려가는 틀끌림이 발생하고  이 영역을 작용권(에르고영역)이라 하는데 이 에르고 영역의 경계면은

광속에 근접한 속도로 공간이 이동하고 있다고 하네요. 외부에서 봤을 때 공간이 광속으로 움직이기에 이 영역은 외부에서

봤을 때 사상지평선과 동일하게 물체가 정지한 것으로 보이지만 실제로 이 시공안의 물체는 공간이 광속으로 움직이는

것이기에 시간만 느려질 뿐 미시적인 관점에서 물리 현상은 우리가 겪고 있는 현상과 같을 수 있는 거죠. 때문에 밀러

행성에서 대기권을 빠져나올 때는 밀러 행성의 중력가속도만 감안하면 될 뿐 블랙홀의 중력 가속도를 감안할 필요는

없다고 여기면 되겠네요. 블랙홀의 에르고 영역의 경계에서 빠져나오는 것은 펜로즈 과정에 의해서 가능하다고 하니

밀러 행성의 진입과 탈출에 대해서는 비과학적이라 할 수 없겠네요.

2. 우리 은하의 질량이 태양의 400만배 정도이고 이런 초질량 블랙홀에서 빠질 수 없이 언급되는 게 엄청난 속도로 뿜어대는

제트현상인데 가르강튀아의 경우 강착원반의 크기나 온도가 질량에 비해서 작게 묘사된 것을 감안하면 100억년 떨어진

이 블랙홀은 주변에 성간 물질이 존재하지 않는 텅빈 공간을 산정하는 것 같아요. KERR 블랙홀의 경우 이렇게 영원히

정지된 것처럼 보이는 죽은 블랙홀로 언제가는 도달하는데 이 때에는 일반적인 X선 방출량이 굉장히 적겠죠.

3. 일반적으로 알고 있는 블랙홀의 상식 중 사상의 지평선 근처에 도달하게 되면 머리와 발의 기조력의 차이에 의해 산산조각이

난다고 알려져 있지만 이런 초질량 블랙홀의 경우 사상의 지평선의 크기가 매우 넓고 기조력은 거리의 세제곱에 비례하여

약해지기 때문에 사상의 지평선 안에 들어가더라도 별다른 차이를 못 느끼는 것이 정상적입니다. 때문에 무거운 블랙홀일 수록

사상의 지평선 안에 들어갔을 때 별다른 차이를 못 느끼게 되는데 마치 지구는 둥글지만 그 위에 살고 있는 사람들은 지구를

평면으로 인식하는 것과 같은 이치라고 해야 겠죠.

4. 블랙홀의 기조력은 생각외로 약하기 때문에 밀러 행성의 거대한 조수는 오히려 납득하기 쉽지 않은데 이는 극지방에서의

파도의 크기가 20미터에 달하는 경우가 있는 것처럼 행성 내부의 내적인 원인에 의해서거나 기조력을 계산하는 방식은

선형방정식이지만 밀러 행성의 경우는 사상의 지평선에 붙어 있어서 일반 상대성 원리에 입각한 비선형 방정식을 통해서만

계산이 가능하기 때문에 블랙홀이 밀러 행성을 잡아 당기는 현상에 대해서는 쉽게 과학적이다 비과학적이다 단언할 수는

없을 것 같네요.

5. 블랙홀 내부를 5차원 이상으로 가정하고 중력을 차원을 넘나드는 힘이라고 가정하는 건 끈이론이나 막이론에서 꽤 흔한

것이고 특이점 문제와 중력이 약한 이유를 설명하기 위해서는 우주의 차원을 높이는 것은 필연적이다라고 끈이론 학자들이

주장하는 바이기도 하죠. 다만 끈이론 방정식의 초기값에 따라서 무수히 많은 해를 지니고 있기에 이것은 수학이지 과학이라고

말할 수 없는 비판도 있긴 합니다. 그래서 끈이론 학자들이 미는 것이 평행우주죠. 수많은 해를 가진 평행 우주에서는

하나의 우주안에 과거 현재 미래가 동시에 확정되었다고 말할 수 있습니다. 어쨌든 블랙홀 내부에 들어가서 중력장 방정식에

적용 가능한 초기값을 확정함으로써 중력장 방정식은 풀었다라고 유레카를 외치는 거겠죠. 정말 인터스텔라는 수리 물리학자의

로망을 다룬 SF라고 할 수 있네요.

6. 일반적으로 항성계의 물리 현상을 직관적으로 이해할 때는 뉴턴역학만으로 충분합니다. 항성형 블랙홀이 있다고 하더라도

시공이 왜곡되는 영역은 매우 좁고 다른 영역의 시공은 안정되어 있다고 생각해도 되니까요. 때문에 우주공간의 광활함을 설명

할 때는 일반상대성 원리의 예를 들어 경이로움을 강조하기 마련입니다. 거대하고 이상함을 강조하기 때문에 그렇게 실감이

나지는 않았죠. 그런데 인터스텔라의 경우는 일반상대성 원리만으로만 설명 가능한 작은 우주를 묘사하고 있죠. 아인슈타인의

장방정식은 비선형 방정식이기에 직관적으로 받아들이기 쉽지 않고 놀란이 자신 만만해 하는 과학적 묘사의 가능성에 대해서

쉽게 왈가왈부 할 수는 없을 것 같네요. 인터스텔라의 과학에 관련된 서적이 미국에서 출판된 것으로 아는데 영화가 흥행이

잘되어 어서 이 책이 우리나라에도 소개되었으면 좋겠네요. +_+

7. 이 영화가 말이 될 확률과 빅뱅에서 고등 생명체가 등장할 확률 중 어는 것이 더 높은 걸까요?  

8. 이 영화의 묘사에 대해 수학적으로 증명한 홈페이지가 있네요. 텐서 방정식 나오는 순간 GG 했지만요.

  http://ikjyotsinghkohli24.wordpress.com/2014/11/07/on-the-science-of-interstellar/