과학으로 뜯어본 수퍼 히어로의 실상

  여러분은 영화에서 나오는 수퍼 히어로를 어떻게 생각하십니까? 말도 안되는 얘기라며 아예 무시해버리거나 관심을 끄시나요? 아니면 자신이야말로 진정한 수퍼 히어로물의 마니아라고 자부하시나요? 거의 매년마다 주기적으로 한 두편의 수퍼 히어로물이 스크린을 장식하고 우리는 한편으로 영웅을 바라는 심리와 함께 날로 발전하는 컴퓨터 그래픽의 기술을 바탕으로 한 현란한 영화 속 화면을 지켜보며 한순간이나마 스트레스를 풀고 상상의 나래를 한껏 펴곤 하지요.

  하지만 영화 속 수퍼 히어로들의 능력이나 줄거리가 얼마나 과학적으로 타당한지를 꼼꼼히 따져보시는 분들은 영화를 즐기시는 분에 비하면 분명 소수일 것입니다. 그래서 오늘은 영화 속 수퍼 히어로나 이른바 수퍼 악당중 몇몇을 선별하여 과학적인 잣대로 그 실상(?!)을 파헤쳐 보았으니까 한번쯤 가볍게 감상하세요...^^

1.수퍼맨(Superman) 
  수퍼맨은 이론의 여지가 없는 수퍼 히어로의 원조격이지요. 그의 수 많은 능력중에서도 하늘을 날아 다니는 초능력은 단연 그의 트레이드 마크인데요. 수퍼맨이 도시 상공을 유유히 날아다니는 장면을 여러분도 연상하실 수 있을 겁니다. 
 
  그러나 어떻게 그는 하늘을 날 수 있을까요? 고전적인 뉴튼의 법칙에 의하면, 그가 하늘로 상승하려는 힘만큼 그의 체중에 의해서 땅으로 떨어지려는 힘이 서로 균형을 맞추게 되어 있는데 말입니다. 이것을 간단한 물리공식으로 표현하자면, F – mg = ma = 0 가 됩니다. 이렇게 공식으로 확인해 보면 힘이 제로인데, 수퍼맨은 어디에서 힘이 나와서 하늘로 날아갈까요?

  과학적으로 타당한 한 가지 가능성을 고려하자면, 수퍼맨이 공기 기류를 고속으로 그의 피부 땀구멍을 통해서 외부로 방출하는 것입니다. 그러면 뉴튼의 제3법칙에 의하여 방출되는 공기의 힘만큼 그의 몸은 뒤로 밀리거나 앞으로 나아 갈 것입니다. 물론 방향을 자유자재로 바꾸려면 피부 표면의 땀구멍을 부위별로 개폐하는 것도 자유롭게 조절이 가능하여야만 하겠지요. 그리고 수퍼맨이 종종 대기권 밖의 우주에서도 멀쩡하게 살아 있는 것으로 볼때, 그의 허파는 호흡이 필요치 않거나 유사시를 대비해 공기를 저장하는 예비 탱크의 기능을 가지고 있어야만 할 겁니다.

2.스톰(Storm)
  고전적인 수퍼 히어로들의 수수께끼 하나를 알려 드릴까요...도대체 이 사람들은 어디에서 에너지를 취득해서 그와 같은 초인간 아니 초자연적인 무공(?!)을 과시할 수 있을까요? 영화 X맨의 돌연변이 스톰은 번개를 일으킬 수 있습니다.

  그러나 조그마한 번개 하나의 힘(볼트)을 열량으로 환산해도 대략 500 백만 주울(joules)에 해당하며 , 이를 칼로리로 환산하자면 무려 120,000 칼로리에 달합니다. 이는 아주 작은 번개 하나를 만들려면, 스톰이 적어도 여성의 하루 권장량 식사를 60번 이상 먹어야만 가능하다는 말입니다. 하지만 우리는 그녀가 음식을 마구 먹어대는 모습을 한번도 보지 못했었지요...

 혹시 그녀의 위장이 핵융합 발전을 하는 돌연변이 타입이거나 물질과 반물질을 이용한 발전을 하는 경우라면 얘기가 달라지겠지만서도요...

 아인슈타인의 상대성 이론에 나오는 저 유명한 공식(E = mc2)에 의하면 물질 1g이 완전히 에너지로 변환되면 80 조 주울(joules)에 해당되며 이것은 18 백만 볼트의 번개에 해당하니까 말입니다.

3.헐크(Hulk)
 고전적으로 수퍼 히어로가 되는 가장 확실한 방법은 우주선이나 고에너지 입자 방사선을 몸에 맞는 것입니다.

  물론 실제 세계에서는 방사선에 피폭된 인체의 면역 기능등이 크게 저하되면서 신체를 극도로 허약하게 만들거나 세포를 완전히 파괴해서 심한 경우 죽음에 이르게 하지만, 수퍼 히어로의 세계에서는 이런 치명적인(!) 경험이 신체 내에서의 연속적이고 알수 없는 반응을 보이다가 무슨 행운(?!)의 결과로써 나타나는데, 가령 인간보다 훨씬 탁월한 능력을 가진 돌연변이를 일으키는 정도로 묘사되곤 합니다.

 이러한 물리,생리학적 반응은 영화 속에서 항상 뜻밖의 놀라운 능력을 주는 것으로 표현되지만 실제로는 치명적인 방사능 유출은 절대로 안전하지 않다는 점을 잊으면 안되겠지요. 어찌되었든, 영화 속 브루스 배너(헐크)는 방사능 피폭 후 체구의 초거대화, 녹색 피부, 그리고 초인적인 힘을 갖게 되었지만 말입니다.

4.죠니 스톰(Johnny Storm)
 죠니 스톰, 일명 인간 불꽃은 마블 코믹스의 영화 판타스틱 4의 수퍼 히어로중 한 명이지요.

  그런데 그를 가만히 살피면 앞서 언급한 세 수퍼 영웅들의 사례를 총집합시킨 느낌이 듭니다. 우주 공간에서 정체불명의 치명적인 우주선에 노출된 후 죠니는 헐크처럼 공식화된(?!) 수퍼 파워를 갖게 되는데요.

 또한 그는 수퍼맨처럼 하늘을 날 수 있습니다. 그리고 여기에서도 X맨의 스톰과 마찬가지로 하나의 가설을 세워 그의 불꽃을 설명해야만 하겠지요. 그가 적절한 지시를 자신의 신체에 내리면 즉각적으로 고속의 파워풀한 가스가 방출되어야만 영화 속 불꽃같은 모습을 보일 수 있을 것입니다. 물론 그도 X맨의 스톰처럼 엄청나게 먹어대야만 그 에너지를 감당할 수 있음은 두말할 것도 없고요.

 열역학의 법칙을 조금 적용해보자면, 그가 발하는 불꽃의 온도인 5000˚C가 열로 변한다면 대략 940 백만 주울(joules)에 해당하기 때문입니다. 흥미로운 사실은 인간의 신체 구조를 이루는 아미노산은 아무리 높게 잡아도 화씨 100도(섭씨로는 대략 37~38도) 이상에서부터는 그 기능에 문제가 생긴다는 사실에 있습니다.

 그런데 어떻게 죠니의 DNA는 그토록 높은 고열에서 아무 일 없이 건재하며 제 기능을 발휘하는지 실로 의문덩어리가 아닐 수 없네요. 또한 그가 발화한 후 물로써 그의 몸을 식힌다고 해도 물이 증발되면서 빼앗아가는 기화열을 생각해보면 더욱 답이 안 나오는데 말이죠...

5.매그니토(Magneto)
 X맨의 매그니토는 자기장을 자유자재로 부리는 능력을 가진 수퍼 히어로가 아닌 일명 수퍼 악당이지요. 자기장에 관한 최근까지의 연구 결과에 의거해 우리는 매그니토의 능력을 어느정도 정확하게 짐작할 수 있게 되었습니다. 

 간단하게 말해서 그의 능력은 거대한 솔레노이드 코일과 같다고 할 수 있습니다.그리고 솔레노이드 코일에 저장되는 자기 에너지는 다음과 같은 수식으로 표현이 가능합니다.

＊ U = ½(μ₀n²AL)I²
U= 에너지,  μ_{0= 상수:}   4π x 10^-7 N/A² 의 값에 해당함. n=코일이 감긴 횟수, A= 솔레노이드 코일의 간격, L= 솔레노이드의 길이 , I= 자기장 ＊

  물론 원 수식은 위와 같지만, 이 수식이 너무나 어렵게 느껴지실 거라고 판단되어서 간단하게 고전 물리학의 공식으로 변환하였습니다. 예를 들어서 매그니토를 코일이 1000번 감기고 길이는 2미터에, 감긴 코일 사이의 간격이 0.01m2에 해당하는 하나의 솔레노이드 코일로 봅시다. 그리고 1톤의 무게를 가진 자동차 한 대를 지면으로부터 10m높이로 들어 올렸다고 칩시다.

 그러면 자기장의 에너지는 위치 에너지로 환산이 가능하므로 U = mgh = (1000kg)(10m/s2)(10m) = 100,000J이 됩니다.

 하나의 차량을 들어 올리는데 이만한 에너지가 필요하다는 것은 다른 말로 매그니토가 최소한 2900amps(암페어) 이상의 전류를 항시 몸 속에 지니고 있어야 한다는 말과 같습니다. 물론 이 정도 세기의 전류는 그의 심장에는 극도로 치명적이겠지만 말입니다.

6.샌드맨(Sand man)
샌드맨은 스파이더맨 3에 나오는 수퍼 악당 중 가장 마음에 내키지 않는 캐릭터입니다. 왜냐하면, 그의 수퍼 파워는 과학적이라보다는 일종의 형이상학(?!)에 더 가깝기 때문이지요. 한마디로 말해서 그의 존재는 환상의 영역 속에 있다는 말입니다.

 우리는 그저 그의 존재를 놀랍게 발전한 컴퓨터 그래픽 속에서나 확인하는 수준에 만족해야 합니다. 왜냐하면, 고에너지 입자 실험에 의해서 탄생했다는 그는 모든 물리학적, 생물학적 개연성을 완전히 무시하고 있기 때문입니다.

 어찌되었든 영화속에서 그의 몸은 불행한 실험의 결과로 인해 모래( SiO2 )로 변했으며 외형상 그의 몸 속에는 아무런 장기나 기관이 없는 것으로 묘사되고 있습니다. 그는 일체의 근육이 없이도 이동이 가능하며, 심지어 먼지 구름처럼 변해서 공기를 타고 하늘을 날아다닐 수도 있습니다.

 하지만 그는 어떻게 에너지를 생성할까요? 만약 에너지를 생성하는 방법이 어떤 외부의 물질을 흡수하거나 섭취하는 것이라면 어떻게 그는 물질을 대사하거나 음식을 소화할 수 있을까요? 그리고 일체의 근육이 없는데 어떻게 힘을 쓸까요? 이것은 단언컨데, 세상에서 오로지 소니 픽쳐스의 컴퓨터 그래픽 전문가만이 알고 있는 수수께끼일 것입니다.

7.배트맨(Batman)
우리 모두는 배트맨이 여타의 수퍼 히어로와는 달리 선천적 혹은 후천적인 수퍼 파워를 갖지 않았다는 것을 잘 알고 있습니다. 그는 단지 높은 이상을 지니고 각종 하이테크 무기로 무장하고서 악당에 맞서는 정의의 용사이지요.

 고전적으로 영화 속에서 자주 범하는 물리학적인 하자 중 하나는 바로 급정지 상황에서인데, 영화 속에서의 배트맨은 분명 이 부분에서 초인적인 신체와 체력을 가진 듯 보여집니다. 예를 들어, 배트맨이 악당과 싸우다가 높은 빌딩에서 거꾸로 떨어지는 장면들이 간혹 있는데요.

  만약 이것이 실제 상황에서라면 100% 죽음에 이르겠지만 배트맨에게는 극도로 유연하고 견고하면서도 얇은 밧줄이 허리에서 나와서 그의 머리가 땅에 닿기 직전에 그의 몸을 감싸거나 지지함으로써 그를 구하곤 합니다. 하지만 이 모습은 역학적으로는 상당한 문제가 숨어 있습니다.

  만약 당신이 배트맨처럼 높은 빌딩에서 거꾸로 땅에 곤두박질친다면, 당신의 머리가 지면에 닿거나 아니거나가 문제가 아니라 당신의 신체에 가해지는 힘이 진짜 문제가 될 것입니다. 이것을 간단하게 물리적 수식으로 표현하자면 F(밧줄에 가해지는 힘)= mg = ma가 됩니다.

  영화 속 건물의 높이를 대략 짐작해보시고 배트맨이 떨어지면서 생기는 가속도와 그의 체중을 고려하시면서, 배트맨의 몸에 감긴 밧줄에 어느 정도의 힘이 가해질 것인지를 한번 진지하게 추론해 보시길 바랍니다. 

8.아이언맨(Iron man)
  아이언 맨도 배트맨처럼 수퍼 파워를 가지지는 않았습니다. 그러나 그는 놀라운 힘을 발휘하는 이른바 Iron 슈트를 가지고 있습니다. 영화를 보면 그는 제트기 사이를 날렵하게 날아 다닙니다.

  문제는 그런 그의 모습을 자세히 보면, 신발 바닥에 부착된 로켓에서 강력한 추진력을 얻는 것으로 , 영화 관객들이 보기에는 분명 로켓의 일종으로 보이는데, 그렇다면 현실적으로(!!) 그의 로켓을 추진하는 액체 연료 탱크는 어디에 있는지 모르겠네요. 적어도 영화 속에서처럼 수 분 이상의 시간을 공중에서 머물게 할 액체 연료를 보관할 탱크가 그의 슈트 어느 구석에서도 보이지 않는데 말입니다...

 혹시 그는 공중에 떠 있을 수 있는 다른 물리적 방식을 알고 있었거나 새로운 형태(?!)의 에너지를 개발한 것일까요...(물론 혹자의 말씀대로 영화 속에서는 가슴에 달린 소형 핵 발전기로 모든 에너지를 충당한다고는 하나 그런 소형의 핵 발전기를 만들기도 현실적으론 불가능한 판국이며 무엇보다도 핵 발전에 따른 열은 어떤 식으로 모두 배출하고 변환되는지 도통 알수가 없네요...)
 

 우리는 흔히 수퍼 히어로물이나 공상과학이 말도 안된다고 말합니다. 하지만 여러분은 그것이 얼마나 말이 안되는지를 진지하게 생각해 보신 적이 있으신가요?

 만약 그런 생각을 하신 분들이라면 이 포스팅이 상당히 흥미로운 내용이리라고 개인적으로는 확신하면서, 이상으로 영화 속 수퍼 히어로들의 실상을 과학으로 뜯어보기를 마칠까 하는데 어떻게 유용하게 보셨나요?  ^^