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메타물질, 영화 속 투명망토 가능케할까
  • 박지영 기자
  • 승인 2016.06.06 03:57
  • 호수 1525
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   전 세계를 휩쓸었던 조앤 K. 롤링의 베스트셀러 소설을 원작으로 한 영화 <해리포터>. 그 시리즈의 첫 번째 편인 <해리포터와 마법사의 돌>에서 주인공 해리는 ‘마법사의 돌’을 찾기 위해 학교를 탐험한다. 그러면서 위험에 처할 때마다 아버지가 선물로 남겨준 투명망토를 활용한다. 그런데 영화 속에서만 존재할 것만 같았던 이 투명망토가 현실에서 구현될 수도 있다는 소식이 들려오고 있다.

   
영화 <해리포터와 마법사의 돌>에서 해리는 투명망토를 입고 위기를 헤쳐나간다
  우리가 ‘물체를 본다’는 것은 물체에서 반사된 빛이 동공으로 들어와 망막에 상을 맺는 과정을 의미한다. 그렇다면 물체가 ‘투명하다’는 것은 어떤 의미일까? 이는 빛이 흡수되거나 반사되지 않고 그대로 투과하는 물체라는 이야기다. 즉, 이 물체가 가로막고 있어도 건너편에 있는 것을 볼 수 있다는 뜻인데, 우리 주변에서 유리로 구성된 물체들을 떠올리면 쉽다. 물론 그렇다고 우리가 이들의 존재를 아예 인식할 수 없는 것은 아니다. 빛이 이들 물체를 통과하면서 굴절이 일어나게 되고, 이때 원래의 빛과 차이가 생기면서 구별이 가능해진다.
  그렇다면 스스로 완전히 투명하면서 그 속에 둘러싸인 것도 보이지 않게 하는 물체란 가능한 것일까? 인공적으로 만들어진 ‘메타물질’이라면 가능할 수 있다. 여기서 메타(meta-)란 ‘기존 관념의 틀을 벗어난다’는 뜻을 가진다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속 및 유전체(부도체)로 설계된 메타원자로 이루어진 물질이다. 메타물질은 그 구조와 크기, 주기 등을 어떻게 설계하느냐에 따라 다양한 특성을 가질 수 있다.
  예컨대 메타물질의 유전율과 투자율을 조절하면, 굴절률을 인위적으로 조정하는 것이 가능하다. 이를 통해 자연계에 존재하는 물질의 굴절 방향과 정반대로 빛을 굴절하게 만들어, 음의 굴절률을 가지게 할 수 있다. 즉 빛이 물체에 부딪히지 않고 우회하도록 만들 수 있는 것이다. 이 경우 빛이 물체에 반사돼 되돌아오는 대신 물체의 주위를 돌아 계속 진행하게 되고, 마치 해당 물체가 존재하지 않는 것처럼 보이게 해준다.
  이러한 메타물질의 응용 분야는 폭넓을 것으로 기대된다. 굴절률의 조정 외에도 자연에 존재하지 않는 물질의 특성을 구현함으로써, △전자공학 △광학 △음향학 등 다양한 영역에서 활용될 수 있는 것이다. 특히 국방 분야에서 주목을 받고 있다. 지금보다 고성능의 스텔스 전투기, 잠수함 등을 만들 수 있기 때문이다.
  하지만 당장 메타물질로 투명망토를 제작할 수 있는 상황은 아니다. 현재 메타물질에 관한 실험들은 파장이 매우 긴 전자기파에 한정돼, 가시광 영역에서는 무용지물이다. 가시광선의 파장인 400~700nm보다 훨씬 크기가 작은 금속 회로를 설계하는 것도 쉽지 않아, 실현 가능성이 아직 낮은 편이다. 차명식(물리학) 교수는 “현재로써는 가시광선용 메타물질의 설계나 제작 방법에 돌파구가 필요한 상황”이라며 “가시광 스펙트럼 전 영역에서 투명망토가 가능하도록 하는 것은 또 다른 도전”이라고 말했다.

 

박지영 기자  ecocheese@pusan.ac.kr

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