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[광속 우주선의 우주여행 - 나사 워프드라이브 엔진의 워프항법]
SF 영화에서 먼 미래에는 빛보다 빠른 속도로 우주여행을 하는 장면이 자주 나옵니다. 스타트렉이나 스타워즈 같은 영화에서는 광속으로 순식간에 공간 이동을 하는데, 미국 나사(NASA)에서 이런 워프 드라이브 기술을 연구 중이라는 기사가 있습니다. 워프 드라이브라는 이름의 이 프로젝트는 시공간을 찌그러트려서 공간 이동을 하는 워프 항법을 할 수 있습니다.
속도를 높일 것이 아니라 공간을 찌그러 트려라
흔히 5차원 운동이라고 불리는 이론이 있습니다.
한 페이지의 가로 길이가 10cm인 책을 펼쳐 놓고 왼쪽 페이지의 끝에서 오른쪽 페이지의 끝까지 가는 가장 짧은 거리가 얼마냐는 질문에서 일반적으로는 20cm가 맞는 답입니다. 두 페이지를 가로질러 가기 때문입니다.
그러나 5차원 운동에서의 답은 0cm입니다. 펼혀져 있는 책을 덮으면 페이지의 양끝이 만나기 때문입니다. 이것은 거리라는 개념이 공간의 변화에 따라 달라질 수 있다는 것을 의미합니다.
이것을 이용한 것이 바로 워프 항법입니다. 그리고 광속으로 이동하도록 하는 장치를 워프 드라이브라고 합니다.
동양의 전래민담에는 축지법에 대한 이야기가 많습니다. 참선을 통해 도를 닦는 이들의 축지법에 대한 설명 또한 이와 비슷합니다. 그들은 축지법을 하는 동안 계속 다리를 빠르게 움직이는 것이 아니라, 길을 당겨서 몇 번의 걸음만으로도 빠르게 가는 것이 축지법이라고 설명하고 있습니다. 이 또한 시공간과 거리에 대한 개념을 다르게 생각해야 이해가 가는 설명인데 워프 항법의 원리와 같습니다. 이 원리를 그대로 우주에 적용하면 마치 빛의 속도처럼 광속으로 우주여행을 하는 날이 있을지도 모릅니다.
1994년 멕시코의 한 물리학자는 빛보다 빠르게 우주를 여행하는 방법에 대해 수학적 공식을 내놓았습니다. 그는 이 원리를 설명하면서 시공간을 찌그러트려 이동하는 방법이 가능하긴 하지만, 그런 엔진을 만들기 위해서는 엄청난 양의 에너지가 필요해서 결국은 에너지를 어떻게 얻느냐가 관건이라는 의견을 달아 놓았습니다.
(워프드라이브 엔진을 이용해서 광속의 우주선으로 우주여행을...)
나사의 워프드라이브 엔진은 이런 원리?
한편 2012년부터 나사에서는 빛보다 빠른 속도로 움직이는 워프 드라이브 엔진을 연구한다는 기사를 내놓고 있습니다. 마침내 2015년에는 엔진의 실험에 성공했다는 기사도 나왔습니다. 그 이전부터 미국과 유럽, 중국에서 이런 실험을 하고 있다는 얘기가 간간이 나오고 있었는데, 아주 작은 크기의 물체를 실험을 통해 연구 중이라는 기사들입니다. 그런데 2015년 나사의 연구내용에서는 이 워프 드라이브의 연구가 진공상태에서 성공했다는 진보적인 의미가 남다릅니다. 다만, 나사의 추가적인 코멘트가 없어서 좀 더 정확한 원리는 확인되지 않고 있기는 합니다.
워프 드라이브를 이용하면 빛보다 빨리 이동할 수 있습니다. 하지만 빛보다 빨리 움직이는 것은 아닙니다. 말하자면 우주선은 가만히 있고 공간을 움직이는 것과 같습니다.
그동안 물리학자들은 빛보다 빨리 움직이는 것은 없다는 이론 때문에 골머리를 앓아왔습니다. 아인슈타인이 우주에서 빛은 최고의 속도라고 정의하였기 때문입니다. 현대 물리학은 그 정의 위에서 쌓인 것이기 때문에 아인슈타인의 광속에 대한 정의를 위반하면 또 다른 정의를 발견해야 하기 때문에 대책이 없습니다. 그러나 공간이 이동한다고 개념을 달리하면 아인슈타인의 광속에 대한 정의를 위반하지 않고도 그동안의 물리법칙을 적용할 수 있어서 더 많은 확장이 가능합니다. 그래서 공간이 이동한다는 개념은 중요한 것입니다.
이제 빛보다 빠르게 광속 이상으로 워프 항법을 하는 워프 드라이브의 원리에 대해 정리를 해 볼 차례입니다.
평평한 탁자 위에 물체를 놓은 뒤에 탁자를 기울이면 어떻게 될까요? 물체에 특별한 힘을 가하지 않아도 물체가 움직일 것입니다. 이는 중력 때문이지만 더 정확히 말하자면 공간의 환경이 변했기 때문입니다.
이번엔 물체의 안에 엔진을 달아서 앞쪽에 진공청소기 같은 흡입구를 만들고 뒤쪽에 배출구를 만들어 볼까요? 물체는 앞쪽으로 움직일 것입니다. 앞쪽의 밀도는 작고 뒤쪽의 밀도가 높아지기 때문입니다. 이 원리는 양력이라는 이름으로 비행기 이착륙에 실제로 사용되는 원리입니다. 역시 주위 공간의 변화로 인한 이동입니다.
이처럼 주변 공간이 변화하면 물체는 이동하게 됩니다.
(자기장의 차이, 인력의 차이는 공간의 차이가 되어 거리의 차이가 된다)
꿈의 광속 우주선, 현실이 될지도 모른다
아인슈타인뿐만 아니라 많은 물리학자들은 우주에 작용하는 힘 중에서 가장 강력한 힘으로 인력과 함께 자기력을 언급하고 있습니다. 워프 항법에 이용되는 워프 드라이브라는 엔진은 전자 자기장을 이용합니다.
우주선 주변에 워프 버블이라는 방울 같은 막을 만들고 마이크로파를 튕겨줌으로서 앞쪽의 공간을 수축시키고 뒤쪽의 공간은 확장시킴으로써 전진하게 됩니다.
이렇게 전자기장을 이용한 엔진이 EM 드라이브라는 것이고 전자기장 에너지는 추진력으로 변환됩니다.
문제는 이렇게 하기 위해서 공급해야할 막대한 에너지와 진공상태, 즉 우주환경에서의 실험입니다.
공간을 광속으로 이동하는 EM 드라이브는 태양열을 이용해 에너지를 얻는다고 하며 2015년 나사의 실험 내용은 진공상태에서의 실험이 성공했다는 얘기입니다.
처음엔 엄청난 양의 에너지가 필요할 것으로 예측했으나 생각보다는 적은 에너지로도 가능하다고 합니다. 현재까지 이런 실험의 성공은 나사가 처음입니다.
워프 드라이브 실험이 실용화까지 이뤄지면 달까지 4분 만에 갈 수 있고 빛의 속도로 가도 8만년이 걸리는 이웃 은하계에도 100년이면 갈 수 있다고 합니다. 시공간을 일그러트려서 이동하는 방법은 결과적으로 빛의 속도로 이동하는 것보다 더 빠른 이동방법이 되는 것입니다.
더불어 더 적은 에너지로도 추진력을 얻을 수 있으니 연료를 많이 가지고 다닐 필요가 없어서 영화에 나오는 것처럼 거대우주선을 만들어도 효율성이 높아집니다.
수백 년 이상 걸려야 가능할 것 같았던 광속의 우주여행... 생각보다 빨리 이루어질지도 모를 일입니다.
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