인텔스텔라와 빛과 물리학을 보고
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인텔스텔라와 빛과 물리학을 보고
전해 흥행에 주역이였던 interstellar는 그다지 멀지 않은 미래의 지구를 가정하여 만든 SF 영화이다. 또한 감독 스스로 물리학을 수강하고 저명한 물리학자에게 영화에 조언을 얻는 등 최대한 사실성에 근거한 영화를 만드는 노력을 하였다. 영화에 내용으로 들어가면 미래의 지구는 병충해로 인한 각종 작물의 멸종 위기에 인류는 멸망하지 않기 위해 대체 수단으로 대체 행성 3곳을 선정하여 선발대가 출발한 상황 이였다. 그 후 인류의 자원은 계속적으로 줄어나가 우주탐사에 자원을 소비할 수 없어 나사가 해체되고 우주비행사에서 평범한 농민으로 돌아와 일상을 보낼 떼 주인공은 딸이 자기집 다락방에 이상한 현상을 발견하며 그것이 특정 신호라는 걸 알게 되며 그 신호가 어떤 특별한 장소에 좌표라는 것을 알고 장소로 이동하여 그곳에서는 비밀리에 나사가 재건되어 있었고 모든 상황들 즉 후보지 3곳에서 신호가 들어오고 있으며 어떤한 이유에서인지는 모르겠지만 Wormhole이 열려 있는 지금이 최적의 시기라는 것 과 또 다른 계획인 중력 방정식에 해답을 찾는 것 등을 알고 주인공은 우주 탐사를 시작한다. 그리고 Wormhole을 이용한 공간여행을 통해 인간이 살수 있는 후보 정착지를 여행하며 첫 번째 행성에서 블랙홀과 가까이 있는 영향으로 1번째 행성에서 엄청난 크기의 파도를 표현 하였고 또한 지구상의 시간과 주인공에게 흐르는 시간은 큰 차이가 발생하여 지체되는 과정을 보여주었으며 두 번째 행성에서 생존자는 거짓으로 신호를 보내어 팀은 위기를 빠지게 되고 결국에 우주선에 연료가 마지막 정착지에 이르기에 불충분하다는 것을 깨닫고 블랙홀에 강한 원심력을 이용하여 주인공은 최대한 무게를 줄이기 위해 로봇과 자기자신은 블랙홀에 갇히게 되고 여주인공은 마지막 정착지 후보로 여행을 가게 된다. 그 후 블랙홀에 갇혀 있을 시 후세에 인류에 도움을 받어 테서랙트라는 특수한 곳에 드가며 과거와 현재의 간섭에서 영향을 주며 결국엔 영화 초반부에 있던 일이 현재의 자신이 행해지는 결과라는 걸 알고 시계를 이용하여 딸 아이에게 중력방정식의 해답을 주어 인류는 구원을 받고 주인공은 구출되어진다. 영화 후반부에는 자신보다 늙어져 있는 딸에 모습을 뒤로 하고 여주인공이 3번째 행성에 도착하는 씬을 보여주며 주인공은 여주인공을 찾으러가는 말을 남기며 영화는 종료된다. 우리는 여기서 영화에 스토리에 나오는 과학적인 사실들을 이해할 필요가 있습니다. 어떻게 먼 미래에 있는 주인공이 과거에 딸에게 신호를 그러한 방법으로만 보낼 수 있는지 또한 왜 블랙홀에 근처에서 시간이 느리게 가는지 이러한 것에 초점을 맞추는 것이 공학도로써 이 영화를 이해하는 것이라 생각하였습니다. 기계설계공학과로써 상당히 생소한 이 분야는 같이 첨부해주신 빛과 물리학 총 6부작에 다큐멘터리에 대해 보면서 대강의 맥락은 이해할 수 있었습니다. 총 6부작에 달하는 이 다큐멘터리에 내용은 결론적으로 말하면 통일장 이론에 근거한 중력 강력 약력 전자기력을 한대 묶을 수 있는 이론에 등장과 이를 통한 우리 눈에 보이는 빛에 이해입니다. Interstellar 등장하는 블랙홀 즉 중력이 강대하여 빛도 탈출하지 못할 정도로 휘어버리는 이러한 조건, 작은 부피에서도 상당한 질량을 갖고 있는 구조 이를 이해하기 위한 현대에 쓰고 있는 물리적 이론 양자 역학,고전 역학 등등 적용하기에는 맞지 않아 새로운 이론에 등장이 통일장 이론입니다. 이 이론을 이해하기 위해서는 전자기력 중력 강력 약력에 각각 뭘 의미하는지 기초적인 수준에서 다큐멘터리는 설명을 해줍니다. 앞서 말한 다큐멘터리의 장점은 모두가 이해 할수 있게 어려울 수 도 있는 부분을 가장 간편하게 우리 주변에서 볼 수 있는 간단한 예로 바꾸어 이해를 돕고 있을 뿐만 아니라 당시 과학자의 시선에 이입되어 당시에 갈등사항 고민 등을 표현하여 좀더 친근하게 다가올 수 있는 부분 이였습니다 . 다큐멘터리에 내용으로 들어가면 빛의 이해에서부터 시작합니다. 아마 현대에 빛의 관련된 정립된 이론을 내놓은 사람은 아이슈타인을 떠올릴 겁니다. 1부는 아이슈타인의 행적을 따라가며 예기가 진행됩니다. 당시 시대적 분위기로는 뉴턴이 정립하던 고전역학에서는 시간이 일정하다는 생각이 그 당시에 지배적인 지론이였습니다. 하지만 천체 분야에서는 고전역학으로는 이해할 수 없는 현상이 나오기 하였지만 구체적인 원인이 어디에 있는지 모르던 시절 이였습니다. 그런 분위기에서 아이슈타인은 빛과 근접한 속도로 물체가 움직이면 어떻게 될거라는 생각속에서 출발 하였습니다. 그렇게 사고 실험을 통해 등속도로 움직이는 기차를 가정 똑 같은 거리로 떨어진 두 개의 반사기 하나의 빛 광원을 생각 관측자에 따라 기차내에서는 동시에 빛이 반사되는 것처럼 보여도 기차 외부에서는 앞쪽이 진행됨에 따라 뒤쪽 반사기가 먼저 반사 되는 것처럼 보이는 현상처럼 속도가 빨라짐에 따라 시간은 불변이 아니라 가변적이며 불변한 거는 빛의 속도라는 걸 알게 되었습니다 우리가 밖에 치는 번개가 지구 내부에서는 동시처럼 보여도 외부 즉 우주에서 보면 그것도 동시가 아니라는걸 지각하며 1부는 끝나게 됩니다. 2부는 빛과 시간에 이은 빛과 공간 입니다. 이것 도 또한 한 과학자가 개기 일식이라는 상황속에서 분명 태양과 지구가 일직선상에서 놓여 있음에도 불구하고 보일 수가 없는 뒤에 별빛이 보이는 곳에서 이야기가 진행됩니다. 그 다음 뉴턴을 보여주면서 왜 사과는 떨어지는 걸 보여주면서 모든 물체는 상대적으로 끌어 당기는 만유 인력을 증명해 보았고 지구와 달이 어떻게 계속 주위를 머물고 있는 것을 보여주었습니다 그리고 두 개의 우주선을 빗대어 사과는 떨어지는게 아니라 공간이 변화는 것 질량이 있으면 공간은 휘어지는 걸 역설적으로 설명하며 또한 원 운동을 하는 기차를 등장시켜 속도가 빨라질수록 원의 크기가 줄어 드는게 아니라 공간이 휘어짐을 설명하며 다시 우주로 확대시켜 지구와 태양 달 질량이 무거울수록 공간의 왜곡이 발생 빛은 이 경로를 따라 진행하므로 첫 번째로 언급했던 왜 보이지 않던 빛을 볼 수 있었던 질문에 답을 하며 이야기는 마무리 됩니다. 3부는 빛의 추적자로써 시작 부분에는 빛과 관련된 색상에 대한 고대에서 근대에 이르기 까지에 다양한 이론들을 보여주며 뉴턴에서 와서 스펙트럼을 통한 빛의 이해 맥스웰에서 전자기를 어떻게 도입되어 있는 과정을 보여주며 물질이 어떻게 서로 영향을 주는지를 생각하며 빈 공간에 셀이라는 개념을 도입 그 주변에 전자로 인한 에너지에 이동 즉 전자에 개념을 창시하며 현대에 모든 곳에서 쓰이고 있는 전자기를 창안해내었습니다. 후에 이 속도를 계산하니 빛의 속도와 일정하며 성질 또한 같다는 것을 밝혀 내고 이야기는 마무리됩니다. 4부는 3부에서 발견된 새로운 개념의 전자를 더욱더 깊이 파고드는 것입니다. 우리가 밖에 보이는 빛 즉 거대한 모든 것을 이해하기 위해서는 작은 것에서부터 설명하는 것을 보여줍니다. 4부의 초점은 어떻게 양성자 전자가 구조적인 이론과 이것이 어떻게 유지되는 것을 보여주며 예시로 한 투숙객 나중에 가서는 전자의 움직임을 빗대어 표현한 것을 알수 있습니다. 보어의 원자 모델을 보여주며 이 크기가 얼마나 작은지를 경기장에 비유하여 다음에 의문사항인 만유 인력이 존재하면 양성자와 전자가 계속 끌어 당길 텐데 어떻게 유지 되는지를 당시 과학계에 계속된 고민에 스펙트럼에 아이디어를 착안한 에너지 밴드 이론을 도입하여 밴드가 높을수록 불안정한 즉 높은 에너지를 함유하여 불안정한 상태 밴드가 낮아 질수록 에너지를 방출 하여 안정적인 상태로 유지하여 양성자와 전자가 유지되는 것을 보여주며 지금에 와서는 많이 수정되었지만 기초적인 모델을 보였습니다. 5부에서는 이러한 기초적인 모형에 이은 전자의 거동적인 측에서 생각하여 수정된 모델에 이르기 까지에 당대 과학자들의 대립을 보여주는 것입니다. 이는 빛은 입자의 성질과 파동의 성질을 동시에 띄우기 때문이지만 또한 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험 처럼 관찰자의 관측에 사실 여부에 따라 전자의 움직임은은 파동에 성질이 배제되기도 하여 그 움직임을 거시적인 관점에서 미시적인 관점을 이해하는 첫번째 단계에 진입에 용어에 대한 확립에 어려움에 설명한다고 다큐멘터리는 나와있습니다. 다큐멘터리를 진행하면 기존 보어 모델에서의 원자궤도는 전자의 거동학 측면에서는 설명을 하지 못하므로 전자의 움직임은 불확실성에 근거한 특정 움직임으로 해석을 착안하여 양성자 중심에 안개처럼 전자가 퍼져 특정 확률에 의해 전자의 움직임이 활동하는 것으로 원자 모델을 재구성하여 마무리 됩니다 6부에 이르어 아까 서두에 말했듯이 일반 상대성이론은 등속도 운동을 하는 기차안에서의 사고 실험을 통해 하였습니다. 하지만 우리가 사는 세계는 중력 즉 가속도에 있어 이것을 한태 묶는 이론이 필요의 당부로 시작합니다. 그리고 아직까지 강력 약력 전자기력에 매개체는 밝혀졌으나 중력에 매게체는 발견하지 못하였고 현대에 들어와 새로 대두된 이론인 초끈이론을 설명하고 있습니다. 모든 물질은 긴 끈이 진동하며 움직인 형태며 이 끈이 다른 차원에 붙을 수도 그 차원이 고차원 저차원 여러 경우가 있습니다. 이는 우리가 사는 우주 3차원에 우주에 다른 고차원 우주에도 영향을 줄 수 있다는 겁니다. 이상 6부작에 다큐멘터리를 보고 interstellar에서 나온 사실들을 대략적으로나마 이해가 가능하였습니다. 첫 번째로 왜 시간이 다르게 흘러가는지를 보여줍니다 지구가 블랙홀이 될려면 약 1.5cm 직경에 압축된 구의 형태로 됩니다. 그만큼 강대한 질량을 포함되어 있는데 interstellar에서 보여준 막대한 크기의 블랙홀은 그 질량은 짐작조차 할 수 없을 겁니다. 앞서 배웠듯이 모든 물질은 상대적으로 끌어 당기는 영향이 있습니다. 블랙홀에서는 빛도 빠져 나가지 못할 만큼 강한 인력을 보여 주었으며 또한 그 질량만큼 공간도 왜곡을 받게 되어 상대적으로 시간이 늘어지는 현상에 지구와의 시간이 달라지는 점 또한 첫 번째 행성에서 상대적으로 큰 파도 모든 것이 같은 원리로 설명 됩니다. 또한 블랙홀 내부에서 구조되어 과거의 딸과 시계로 신호를 주고 받는 법도 인상적이었습니다. 5차원에 태서랙트를 이용 공간축 ,시간 축 거기에다 시간 축을 자유롭게 변환할 수 있는
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