우주에서는 왜 소리가 들리지 않을까?

스타워즈나 가디언즈 오브 갤럭시와 같은 우주 배경의 영화를 보면 우주선에서 레이저나 무기로 공격을 하여 폭발할 때 콰콰강 하는 엄청난 굉음이 극장 안을 가득 채웁니다. 시각적 쾌감과 함께 들려오는 웅장한 사운드는 우리의 심장을 뛰게 만들지만 과학적인 관점에서 보면 이것은 상상력이 만들어낸 거짓말입니다.

만약 실제로 우주 공간에서 거대한 폭발이 일어난다면 우리는 단 하나의 작은 소리도 들을 수 없는 완변한 침묵만을 겪게 됩니다. 거대한 에너지가 발생했는데도 왜 우주에서는 아무 소리도 들리지 않는 것일까요? 소리의 성질을 이용하여 왜 우주가 침묵의 공간일 수 밖에 없는지 물리적 이유를 설명해드리겠습니다.

진동이 만드는 물리학적 파동

우리가 매일 듣는 사람의 목소리, 자동차 경적, 음악 소리 등 모든 소리의 근원은 바로 진동입니다. 목에 손을 대고 말을 해보면 성대가 파르르 떨리는 것을 느낄 수 있습니다. 떨림이 주변의 공기를 밀고 당기면서 에너지가 파도처럼 퍼져나가는데요. 이를 과학적인 용어로 음파라고 합니다.

소리의 이동 방식 종파

파동은 에너지가 이동하는 방식에 따라서 횡파와 종파로 나뉩니다. 소리는 이 중에서 종파에 해당합니다. 종파란 파동이 나아가는 진행 방향과 입자들이 진동하는 방향이 나란한 파동을 말하는데요. 긴 용수철 장난감의 한쪽 끝을 잡고 앞뒤로 밀었다 당겼다 할 때 용수철이 빽빽해졌다가 헐거워지는 모양이 반복되며 앞으로 에너지가 전달되는 것과 같은 원리입니다.

소리의 징검다리 매질

종파인 소리가 우리 귀에 도착하기 위해서는 반드시 한 가지 필수 조건이 충족되어야 합니다. 바로 진동 에너지를 릴레이로 전달해 줄 매질이 필요한데요. 매질이란 에너지를 전달해주는 징검다리 역할을 하는 물질을 말합니다.

이어달리기와 도미노 게임 비유

소리가 전달되는 과정을 체육대회의 이어달리기에 비유해 보겠습니다. 성대의 떨림이라는 바통을 귀라는 결승점까지 전달하려면 트랙 위에 서서 바통을 넘겨받을 수많은 달리기 선수가 필요합니다. 

도미노 게임도 같은 현상입니다. 첫 번째 도미노를 쓰러뜨렸을 때 중간에 도미노 블록들이 촘촘하게 세워져 있어야 마지막 도미노까지 쓰러뜨릴 수 있습니다.

일상생활에서 우리가 소리를 들을 수 있는 이유는 우리 주변에 공기라는 매질이 빽빽하게 채워져 있기 때문입니다. 참고로 공기보다 분자가 더 촘촘하게 뭉쳐있는 액체류나 고체는 매질이 더 튼튼하기 때문에 소리가 빠르고 멀리 전달됩니다. 영화에서 기차 선로나 땅 바닥에 귀를 대고 멀리서 오는 소리를 알아채는 것도 고체 매질의 특징을 이용한 과학적 원리가 담겨 있습니다.

우주는 왜 침묵의 공간일까요?

이제 우주 공간으로 가보겠습니다. 우주 공간은 물이나 공기가 거의 존재하지 않는 텅 빈 공간으로 진공상태입니다.

우주에서 소리가 들리지 않는 이유가 바로 여기에 있는데요. 앞서 비유한 것처럼 우주 공간으로 트랙 위에 바통을 이어받을 달리기 선수가 단 한 명도 없는 상태이며 첫 번째 도미노와 마지막 도미노 사이에 블록이 다 빠져있는 상태입니다.

우주선이 폭발하여 아무리 거대한 진동 에너지가 발생하더라도 종파를 우주선 밖으로 전달해줄 공기 분자가 없어서 에너지는 퍼져나가지 못합니다. 따라서 우주에서는 물리적으로 소리가 전달될 수 없으며 영원하고 완벽한 침묵만이 존재하게 됩니다.

그렇다면 우주비행사는 어떻게 대화를 할까?

여기서 한가지 궁금증이 생기는데요. 매질이 없어 소리가 전달되지 않는 다면 달에 착륙한 암스트롱이나 국제우주정거장 밖에서 유영을 하는 우주비행사들은 어떻게 지구와 대화하고 서로 통신을 하는 것일까요?

바로 전자기파라는 것에 있습니다. 빛이나 무전기가 쏘아 보내는 전파 같은 전자기파는 소리와 달리 매질이 없어도 스스로 날아갈 수 있는 파동입니다. 우주비행사들이 헬멧 속에서 말을 하면 우주복 안에 있는 공기를 타고 헬멧의 마이크로 소리가 전달됩니다. 마이크는 소리를 매질이 필요없는 전파로 바꾸고 우주 공간으로 쏘아 보냅니다. 상대방의 안테나가 전파를 수신한 뒤 다시 헬멧 안의 스피커를 통해 소리로 바꿔주기 때문에 우주 공간에서도 아무 문제 없이 대화를 나눌 수 있는 것입니다.

우리의 상상과 달리 완벽한 고요함을 품고 있는 우주의 물리학적 원리를 3가지로 요약해 드리겠습니다.

1. 소리는 진동하는 방향과 에너지가 나아가는 방향이 같은 종파 형태의 파동입니다.
2. 종파가 전달되기 위해서는 진동을 릴레이로 넘겨받을 징검다리인 매질이 반드시 필요합니다.
3. 우주 공간은 매질이 전혀 없는 완벽한 진공 상태이기 때문에 진동이 퍼져나갈 수 없어 폭발음 같은 소리가 전혀 들리지 않습니다.

아무래도 SF 영화에서 무음으로 우주 전투씬을 연출한다면 매우 지루한 영화가 될것입니다. 그래서 영화 감독들은 시각적 즐거움을 위해서 과학적 사실을 살짝 눈 감아주는 것인데요. 앞으로 영화를 보실때 이러한 과학 사실을 떠 올려보신다면 새로운 재미가 생길겁니다.