빛보다 빠른 이동이 가능하다? 알쿠비에레 워프 드라이브
새로운 지구를 찾기 위한 여정은 공상 과학 소설이나 영화에서 종종 나오는 주제입니다. 물론 지구 같은 행성이 어디에는 존재하겠지만 현재 로켓은 태양계를 벗어나는데도 오래 걸리는 만큼 우주는 너무나도 거대하고 로켓은 너무나도 느립니다.
지구에서 가장 가까운 항성을 가는데도 몇 만년이 걸려서 사람이 생애 동안 주위에 항성에 도달하려면 더 빠른 이동 수단이 필요해 보입니다. 현재 사용하는 로켓은 연료를 연소해 나온 가스를 분출하면서 앞으로 나아가지만 이런 화학 반응의 추진으로 얻는 속도는 얼마 되지 않습니다.
원자핵을 융합하는 핵융합을 이용하는 추진도 있습니다. 아직 실현할 수 있을 정도는 아니지만 그나마 가능성이 있어 보이는데요 핵융합으로 생성된 에너지양은 화학 반응의 몇 백만 배여서 로켓의 속도를 초당 30만 km인 광속의 10%까지 높일 수가 있습니다.
사진 출처: E Lentz
만약 광속, 혹은 그 이상의 속도로 이동할 수 있으면 어떨까요? 빛은 앞서 몇 만년이 걸리는 거리를 4년이면 도달할 수 있어서 광속으로 이동하면 인간이 갈 수 있는 범위를 대폭 넓혀줄 겁니다.
하지만 상대성 이론 때문에 물체가 광속을 넘는 것은 불가능합니다. 물체의 속도가 증가할수록 질량도 증가하는데요 광속에 다다르면 질량이 무한으로 가며 가속하기 위해 필요한 에너지도 무한대가 됩니다.
알쿠비에레 워프 드라이브
물론 이 광속의 한계를 빠져나갈 길이 있습니다. 1994년에 멕시코의 물리학자 Michael Alcubierre는 이론적으로 빛보다 빠르게 이동하는 알쿠비에레 워프 드라이브(Alcubierre warp drive)라는 개념을 고안합니다.
우주선 주위에 일종의 음(陰) 에너지 거품을 만들면 우주선 앞의 시공간이 축소하고 뒤에 시공간은 팽창하게 됩니다. 그러면 시공간 거품은 앞으로 이동하며 중간에 위치한 우주선 역시 앞으로 갑니다. 우주선에 있는 사람은 움직이고 있다는 느낌 없이 편안하게 이동을 합니다.
마치 시공간으로 만들어진 컨베이어 벨트를 타는 느낌입니다. 벨트 위에 있으면 우주선은 움직임을 못 느끼지만 벨트는 빛의 속도보다 빨리 이동하는 겁니다. 터무니없게 들릴 수도 있지만 NASA에서도 연구하고 있는 거면 단순히 허상은 아니라는 거죠.
사진 출처: Quora
근데 아까 물체가 광속을 넘는 것은 불가능하다고 했잖아?
맞는 말이지만, 상대성이론은 물체, 에너지, 혹은 정보가 광속을 넘는 것이 불가능하다고 합니다. 다행히(?) 시공간 자체의 속도는 관리 대상이 아니라 워프 드라이브는 물리 법칙을 어기지는 않습니다. 게다가 실제로 우주 일부 지역에서는 시공간이 빛의 속도보다 빠르게 팽창하고 있기도 합니다.
멋있는 이동 수단이지만 아직은 이론적인 아이디어입니다. 시공간을 일그러트릴 음 에너지를 생산하려면 특수한 물질(exotic matter)이 필요하지만 존재하는 건 둘째치고 생산은 또 다른 문제입니다. 게다가 우주선에서 워프 거품을 형성하는 방법은 아직 답이 없는 문제입니다.
이번 논문에서 괴팅겐 대학교의 Erik Lentz는 새로운 방법을 소개하며 알쿠비에레 워프 드라이브가 현실에 한 걸음 가까워졌습니다.
사진 출처: Newton
과거의 워프 연구를 보면서, Lentz는 간과되었던 특정한 시공간 거품 구조를 알아챕니다. 바로 솔리톤(soliton)이라는 형태인데요 솔리톤은 에너지가 집중되어 있는 파동이며 모양을 유지한 채 일정한 속도로 움직입니다. 물이나 대기의 움직임에서도 보이는 형태입니다.
Lentz에 의하면 특정한 솔리톤 형태로 되어있는 시공간은 음 에너지가 아닌 일반 에너지로도 워프 거품을 생성할 수 있다고 합니다. 이상한 물질 없이 빛보다 빠른 이동이 가능한 것입니다.
물론 솔리톤을 이용해도 필요한 에너지양은 실행이 불가능할 만큼 어마어마합니다. 하지만 희망은 여전히 있는데요 과거의 연구에 필요한 에너지양을 대폭 줄일 수 있는 방법이 소개되었다고 합니다.
사진 출처: Brainstorming Box
아직은 비현실적인 분야이지만 이번 연구로 인해 빛보다 빠른 속도가 이론 물리학 연구에서 공학 기술 연구로 발을 넓혀온 것 같습니다. 지금은 에너지 사용량을 줄이는데 집중을 해야 하는데요 첫 모형이 언제쯤 나올지 기대가 됩니다.
달까지 4시간..순간이동 '워프드라이브' 테스트 성공 <NASA>
영화 '인터스텔라' 속 우주공간이동이 현실에서도 재현될 것으로 보인다.
영국 일간지 데일리메일은 1일자 보도에서 미국항공우주국(이하 NASA)가 단 시간 안에 달까지 도달할 수 있는 워프드라이브 엔진 개발에 성공했다고 전했다.
워프드라이브는 공간을 일그러뜨려 4차원으로 두 점 사이의 거리를 단축시킨 뒤, 빛보다 빨리 목적지에 도착하는 방법이며 광속보다 10배 빠른 속도의 우주선 엔진을 사용한다. 워프드라이브 엔진을 이용하면 단 4시간 만에 지구에서 달까지 이동, 일주일 안에 화성에 도달하는 것이 가능해진다.
↑ 영화 인터스텔라
NASA가 실제로 테스트한 워프드라이브는 태양열을 에너지로 활용하기 때문에 연료가 필요 없으며, 빛보다 빠른 속도로 이동이 가능하기 때문에 영화 속 '순간이동'과 비슷한 효과를 볼 수 있다.
뿐만 아니라 현재 가장 빠른 우주선으로 달려도 약 8만년이 걸린다는 센타우루스자리 알파별(Alpha Centauri) 까지는 '불과 100년'이면 도달할 수 있다.
워프드라이브는 'EMDrive' 즉, 일반적인 로켓 원료가 아닌 전자기장에너지(Electro Magnetic Drive) 기술을 이용하며, 이 기술의 근원이 되는 마이크로파(극초단파)는 태양에너지를 통해 얻는다.
EMDrive는 미국과 영국, 중국의 전문가들이 오랜 기간 실험을 실시해왔지만 테스트실험에 성공한 것은 이번이 처음이며, 이번 테스트 실험결과는 나사스페이스플라이트닷컴(NASAspaceflight.com) 포럼에서 발표됐다.
이번 포럼에서 워프드라이브를 소개한 NASA의 연구팀은 "지금까지의 EMDrive 기술은 우주의 진공 상태에서 테스트 된 적이 없다는 점에서 이론이 아닌 실존 가능성을 두고 논란이 지속됐다"면서 "하지만 이번 테스트는 상당한 수준의 진공 환경에서 진행됐으며, 성공적이라고 말할 수 있다"고 전했다.
(출처:https://phys.org/news/2021-03-warp-barrier-faster-than-light.html)
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