천체 물리학자가 만든 영화 인터스텔라(Interstellar)

       

천체 물리학자가 만든 영화 인터스텔라(Interstellar)  우주와 시간 / 과학 2014/10/26 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220159603059 전용뷰어 보기 천체 물리학자가 만든 영화 인터스텔라(Interstellar) 2014.10.23. wired.com    킵 손(Kip Thorn)이 블랙홀을 연구한다. 이 특별한 블랙홀은 전례 없는 높은 정확도로 시뮬레이션 된다. 거의 광속으로 회전하며, 주변의 우주를 끌어당긴다. 이론상 블랙홀은 한 때 별이었다. 그러나 희미하게 바래거나 폭발하는 대신 잘못 만든 수플레(soufflé) 요리처럼 폭삭 해서 아주 작은 특이점으로 붕괴한 것이다. 킵 스티븐 쏜(Kip Stephen Thorne, 1940.6.1.~). 미국의 이론물리학자. 중력 이론과 천체물리학 분야를 연구한다. 스티븐 호킹(Stephen Hawking) 및 칼 세이건(Carl Sagan)과 오랜 친분 관계를 유지하고 있으며 2009년까지 캘리포니아 공대(Caltech) ‘파인만’ 이론물리학 교수(Feynman Professor of Theoretical Physics)를 지냈으며, 천체물리학 분야에서 아인슈타인 일반상대성 이론의 선도적인 전문가로 꼽힌다.현재도 연구를 지속하고 있으며 최근(2014) 공상과학 영화 인터스텔라(Interstellar) 제작에 관여하고 있는 것으로 알려져 있다.     블랙홀 주변에서는 기이한 일이 벌어진다. 질량이 크면 중력도 크다. 별이나 블랙홀 같은 물체 주위는 중력이 매우 커서 빛을 휘게 만들고 그와 함께 시공간을 잡아당긴다. 그리고 만일 당신이 나보다 블랙홀에 가까이 있다면, 서로가 경험하는 시공간의 개념이 달라진다. 당신과 비교하면 상대적으로 시간이 내게 더 빠르게 흐르게 된다.    그곳에서 킵 손(Kip Thorn)이 보고 있는 것은 무엇일까? 그는 천체물리학자다. 수학을 이용하여 최면을 거는 듯한 시각적 효과를 만들어내고 있다. 블랙홀을 그려낸 것 중에서는 가장 정확한 시뮬레이션일 것이다. 1년 동안 30명이 수천 대의 컴퓨터를 이용하여 작업을 했다. 그리고 쟁쟁한 헐리웃 스타들로 구성된 ‘작은 우주‘도 함께 했다. 매튜 맥커너히(Matthew David McConaughey), 앤 해서웨이(Anne Hathaway), 제시카 차스테인(Jessica Chastain), 빌 어윈(Bill Irwin), 케이시 애플렉(Casey Affleck), 그리고 존 리스고(John Lithgow). 11월 7일 개봉 예정인 크리스토퍼 놀란(Christopher Nolan) 감독의 영화 인터스텔라(Interstella)에서 시뮬레이션은 중심적인 역할을 한다. 킵 손(Kip Thorn)이 사실을 보고 있다면, 놀란(Nolan) 감독은 아름다움을 보고 있다. 그리고 가상의 블랙홀이지만 생각도 비틀어 휘게 만들 수 있다.     킵 손(Kip Thorn)은 그저 그런 천체물리학자가 아니다. 그는 유명한 이론 물리학자였으며 2009년 캘리포니아 공대(Caltech)에서 은퇴하기 전 일반인들에게 상대성이론을 설명하는데 관심을 깊이 가졌었다. 은퇴 직전 그는 칼 세이건이 블라인드 데이트로 소개하여 30년 동안 알고 지낸 영화 제작자 린다 옵스트(Lynda Obst)와 함께 블랙홀과 웜홀의 신비로운 특성을 살릴 영화 제작에 관한 이야기를 주고받았다.    한때 스티븐 스필버그가 감독을 맡기로 했지만, 메멘토(Memento, 2000)와 인셉션(Inception, 2010)을 감독한 크리스토퍼 놀란 감독이 맡게 되었고, 그래서 두 사람이 만나게 되었다.    영화는 디스토피아(반이상향, 유토피아의 반대)에서 인류가 최후를 맞이하면서 시작된다. 왕년에 우주비행사(맥커너히)가 최후의 비행사로 선발되어 인류가 생존을 이어갈 수 있는 다른 별을 절박하게 찾아 나선다.    그래서 문제가 생긴다. 다른 별들은 너무도 멀리 떨어져 있어서 그 중 가장 가까운 별이라고 해도 인간이 도달할 방법이 없다. 1983년 칼 세이건이 문제에 대해 그럴 듯한 답을 필요로 했을 때, 킵 손(Kip Thorn)은 웜홀을 제시했고, 나중에 영화 콘텍트(Contact, 1997)가 만들어졌다. 웜홀은 우리가 경험하는 시간과 공간이라는 4차원을 넘어선 차원으로 우주의 두 부분이 서로 연결되는 가상적인 통로다. 물론 영화 인터스텔라에서도 당연히 웜홀을 선택하게 된다. 그렇다면 웜홀을 영상에 어떻게 올릴 것인가?    영화에서 특수 효과를 담당한 팀에게는 그밖에도 문제가 있었다. 놀란(Nolan)의 이야기는 상대성이론에 나오는 시간지체(time dilation)에 의존하고 있다. 영화에 나오는 인물들에게 시간이 상대적으로 흘러간다. 그리고 이것을 과학적으로 그럴 듯하게 만들려면 거대한 블랙홀이 필요했다. 그래서 빛의 속도로 회전하는 가르강튀아(Gargantua)라는 블랙홀이 필요했다. 놀란(Nolan) 감독은 킵 손(Kip Thorn)에게 아카데미상을 수상한 시각효과 전문가인 폴 프랭클린(Paul Franklin)을 보냈다. 영화 인터스텔라(Interstellar)에서 맥커너히(McConaughey)가 새로운 세상을 찾고 있다.      프랭클린은 손(Thorn)에게 특수효과용 소프트웨어에 필요한 방정식들을 요청했다. 그들은 먼저 웜홀로 시작했다. 만일 웜홀 주변에서 빛이 직진하지 않는다면 그것을 수학적으로 어떻게 묘사할 것인가?    손(Thorn)은 프랭클린에게 수 페이지에 걸친 방정식들을 보냈다. 영화가 아니라 과학 저널 같았다. 프랭클린은 이 방정식들에 기초하여 렌더링(rendering) 소프트웨어를 만들었고 그렇게 회전하는 웜홀이 만들어졌다. 결과는 대단했다. 우주를 반사시키는 투명한 수정 공, 시공간의 구멍이었다. 손(Thorn)이 그려낸 빛을 왜곡시키는 블랙홀 Diagrams courtesy of Kip Thorne      웜홀에 성공한 그들은 블랙홀에 도전했다. 그러나 블랙홀은 이름 그대로 빛을 ‘죽인다’. 영화제작자들은 광선 추적법(ray tracing)이라는 기법을 이용한다. 그러나 광선 추적법은 일반적으로 빛이 직진하는 것을 가정한다. 그래서 완전히 새로운 광선 추적법을 만들어야 했다.    그래서 아인슈타인의 중력 렌즈 같은 효과를 내는 부분에서는 100시간이나 걸리기도 했다. 그리고 800 테라바이트의 데이터가 사용되었다. 페타바이트(petabyte)까지 갈 수도 있었다고 한다.    놀란(Nolan) 감독은 블랙홀이 구형이 되기를 원했지만, 그러나 원반(디스크) 형태가 될 것이라 프랭클린이 말했다고 한다. 블랙홀 주변을 공전하던 물체의 궤도면을 따라 물질이 응집되는 형태일 것이다.    그러나 블랙홀 주변의 시공간이 휘면서 궤도면도 휘는 것을 발견했다. 그래서 토성의 고리 같은 모습 대신 매우 이색적인 후광(halo)을 생성했다.    최종 단계의 시각효과를 본 손(Thorn)은 시각효과팀에서 광선 추적법의 버그일 것이라 생각했지만, 그나 그들이 정확하게 자신이 제공한 방정식에서 나타나는 본질적인 현상을 정확하게 모델링했음을 알게 되었다.    아무도 블랙홀 모습을 정확하게 아는 사람은 없다. 블랙홀에 붙잡히는 빛은 그 주변에 예상치 못한 복잡한 패턴을 그린다. 그리고 빛이 나는 응축 원반(accretion disk)은 블랙홀의 위와 아래, 그리고 그 앞에 나타난다. 손(Thorn)은 그것을 결코 예상치 못했다고 한다. 시각효과팀에서 시뮬레이션을 했고, 놀라운 결과를 얻었다.    결국 놀란(Nolan) 감독은 영화를 꾸며줄 우아한 영상을 얻게 되었고, 손(Thorn)은 일반 대중에게 가르쳐줄 정확한 실제의 내용을 담은 영화를 얻었다. 그리고 손(Thron)이 예상치 못한 것도 얻었다. 과학적 발견이었다. 시뮬레이션 결과로 적어도 두 편의 논문을 낼 수 있다고 그는 말한다.    손(Thorn)이 만든 영화에 나오는 블랙홀의 후광(halo), 회전하는 블랙홀, 은하를 펼치는 웜홀 등은 비유만은 아니다. 영화를 감상하는 대부분의 사람들은 웜홀과 블랙홀,그리고 기이한 빛의 영상들을 보고 나서 아름답다고 말하겠지만, 그러나 손(Thorn)은 그게 사실이라고 말할 것이다. - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재.. [출처] 천체 물리학자가 만든 영화 인터스텔라(Interstellar)|작성자 HANS