이번엔 스포 표시를 달고 물리 이야기를 해 보자.



엔딩 직전의 스포가 있으므로 엔딩 안 봤으면 지금이라도 뒤로가기 버튼을 누르자.
















[중력과 빛]


조각난 공동 중심에 있는 블랙홀을 보면 블랙홀이니까 검정색 구인 것 알겠는데 구 표면 근처로 화면이 일그러지는 것을 알 수 있다.






이건 근처의 빛이 휘어서 이렇게 보이는 것이다.


뉴턴의 중력 법칙에 따르면 질량이 없는 물체는 중력을 받지 않기에 질량이 없는 빛은 중력에 휘면 안 되지만, 똑똑한 아인슈타인이 중력이 사실 공간의 왜곡으로 인해 발생한다는 것을 밝혀버렸다. 질량이 있는 물체 주위의 공간 자체가 휘어있는 것이기 때문에 그 위를 지나가는 빛도 휘어 버리는 것이다.


블랙홀은 공간을 왜곡 시키는 정도가 너무 심해 가시적으로 빛이 휘어 버린 게 눈에 보일 정도가 되는 것이다.


영화 인터스텔라에도 잘 묘사되고 있다.








[구각 정리]



그림처럼 완벽한 구형이며 밀도가 균일한 행성의 속이 비어있다고 하자. 만약 내가 P 지점에 서 있다면 나는 어느 방향으로 중력을 받을까?

답은 "무중력 상태이다."이다.


당연히 P 지점에 행성 껍질에 의한 중력은 가해진다, 그것도 껍질은 360도 전방향에 있기에 사방에서 전부 가해진다.

하지만, 거리와 질량이 절묘하게 맞아 떨어져 모든 방향으로 가해지는 중력의 크기가 동일하기에 서로 완벽하게 중력이 상쇄되어 무중력 상태가 되는 것이다.

지구 공동설이 불가능한 이유이기도 하다. 실제로 지구 속이 비어 있더라도 지구 껍질에 붙어서 살 수는 없다.


Outer wilds에도 충실히 구현되어 있다.

목재 화로의 무중력 동굴과 재 쌍둥이의 재 쌍둥이 프로젝트장이 이러한 이유로 무중력 상태이다.










[관성과 중력]

다시 재 쌍둥이 프로젝트장을 생각해 보자.

처음 들어가면 땅이 맹렬히 회전하고 있고 중력이 있다. 그것도 껍질 방향으로 거꾸로 붙게끔.

인공 중력 발생 장치라고 적혀 있는 곳의 스위치를 끄면 바닥의 회전이 멈추고 갑자기 무중력 상태가 된다.


인공 중력이라니 노마이들 중력 기술의 결정체인 걸까?





Outwer widls의 물리 1편에서 살펴 보았던 관성을 다시 생각해 보자.


버스가 갑자기 출발하면 내가 뒤로 쏠리는 이유가 관성 때문이다.

버스는 출발했지만 내 몸은 아직 정지 상태를 유지하려고 하기에 내 몸에 속력이 붙는데 조금 더 시간이 걸려서, 버스는 빠르고 나는 느려 뒤로 쏠리는 것이다.


하지만 실제로 버스에 타서 뒤로 쏠리는 경험을 느껴 보면 뭔가가 나를 뒤로 미는 듯한 느낌이 든다.

이는 관찰자의 차이로 버스 밖에서 보면 내가 뒤로 쏠리는 이유는 관성 때문이지만, 버스 안에 있는 내가 봤을 때는 나와 버스가 같이 움직이니 관성이 아니라 뭔가 힘이 작용하는 것처럼 느껴지는 것이다. 실제로 힘이 존재하는 게 아니라 존재하는 것처럼 보여진다고 하여 관성력은 가상의 힘이라고도 한다.


엘리베이터가 위로 올라가는 순간 내 몸이 무겁게 느껴지는 것과, 아래로 내려가는 순간 가볍게 느껴지는 것도 관성력 때문이다.



다시 재 쌍둥이 프로젝트를 보자.



처음 들어가면 바닥이 계속 회전하고 있고 나는 거기에 붙어 있다. 어떻게 나는 바닥에 붙어있을 수 있는 것일까?





물통 돌리기 실험을 생각해 보자. 양동이에 물을 담고 크게 빙글빙글 돌리는 실험이다.

놀랍게도 양동이가 꼭대기에 있어 뒤집어져 있는 상태에서도 물은 양동이에서 떨어지지 않는다.

이게 가능한 이유를 설명하는 곳에서 대부분 원심력 때문에 물이 떨어지지 않는다고 설명했을 것이다.






양동이를 돌리고 있을 때 그 안의 물은 위 그림에서 v라고 표시된 방향으로 이동하고 있다.

양동이를 돌리기 위해 팔이 양동이를 잡아당기고 있으므로 힘을 회전 중심을 향해서 가해지고 있다.


힘은 회전 중심으로 가해지지만 관성에 의해 양동이는 중심으로 오지 않고 이동 방향을 유지하려고 하기에 진행 방향에서 각도가 약간만 안쪽으로 꺾인다.

이 작용으로 양동이는 빙글빙글 돈다.

양동이 안에 있는 물도 이동 방향을 유지하려고 하기에 바로 회전 중심으로 떨어지지 않고 이동 방향에서 약간만 각도가 꺾이는 수준에서 끝난다. 그래서 물이 떨어지지 않는 것이다.

밖에서 봤을 때는 구심력만 존재하지만, 물 입장에서는 뭔가 나를 원 밖으로 밀어내는 듯한 힘이 느껴지게 된다. 이게 관성력이고 회전에 의한 관성력은 원심력이라는 이름이 붙는다.


재 쌍둥이 프로젝트에서 바닥이 회전할 때 붙어있을 수 있는 이유가 바로 이것이다.

인공 중력 장치를 꺼서 회전이 멈추면 바닥에 붙어 있을 수 없는 이유도 이것이다.





그냥 바닥 회전시킨 것 가지고 인공 중력이라니 노마이놈들 허세 오지죠? 크크루빙봉



...이라고 생각할 수도 있겠지만 우리의 똑똑한 아인슈타인은 중력과 관성력은 구분할 수 없고 동등하다고 밝혔다.


즉, 관성력은 중력 그 자체이며, 중력은 공간의 왜곡에 의해 발생하는 관성력인 것이다!



따라서,

- 버스가 출발했을 때 뒤로 쏠리는 것은 순간적으로 버스 뒤쪽 방향으로 중력이 가해진 것과 동등하며

- 엘리베이터가 위로 출발했을 때 내 몸이 무거워 지는 것은 중력이 강해져서 무거워진 것이 맞다.



즉, 재 쌍둥이 프로젝트 내부의 인공 중력 발생 장치는 정말로 인공 중력 발생 장치인 것이다.










Outer wilds 물리 이야기 끝.