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지구에서 가장 가까운 별은 프록시마 센타우리(Proxima Centauri) 입니다.
이 별은 지구에서 약 4.25광년, km로 환산하면 약 40조km 정도 떨어져 있죠.
최근에는 이 별의 주변에서 지구형 행성도 발견되었고, 또 작년에는 특이한 신호도 감지되어 큰 화제가 되기도 했었습니다.
이처럼 프록시마 센타우리는 무척이나 흥미로운 별이지만, 우리는 이곳으로 이동하여 탐사할 수 있는 방법이 전혀 없습니다.
인류가 만들어낸 가장 빠른 탐사선인 파커 태양 탐사선(시간당 약 720,000km)의 속도로 이동해도 무려 6000년이 넘게 걸리게 되죠.
인류가 프록시마를 비롯해 다른 행성계로 쉽게 이동하려먼 어떻게 해야 될까요?
아직 이론상의 얘기이긴 하지만, 과학자들은 방법이 있다고 말합니다.
SF 영화를 보면 미래의 인류는 다양한 방법을 이용해 우주를 탐사합니다.
그 중에서도 우리에게 가장 익숙한 방법은 바로 웜홀을 이용하는 방법이라고 할 수 있는데요.
영화 속의 주인공들은 우주선을 타고 웜홀을 통과해 단 몇 초만에 다른 우주로 이동하곤 합니다.
또 어떤 영화에서는 워프 드라이브(Warp Drive)라고 하는 기술을 이용하기도 합니다.
워프 드라이브는 간단히 말해서 출발지와 목적지 사이의 시공간을 구부려 광속보다 더 빠르게 도착할 수 있는 기술을 말합니다.
가장 흥미로운 점은, 워프 드라이브는 SF 영화에서나 등장하는 허구의 기술이 아니라 실제로 연구가 이루어지고 있다는 점인데요.
불과 얼마전에도 워프 드라이브가 가지고 있던 치명적인 문제 중 하나를 해결했다는 내용의 논문이 발표되기도 했었습니다.
물론 그렇다고 해서 워프 드라이브를 실제로 구현할 수 있게 되었다는 얘기는 아닙니다.
어디까지나 워프 드라이브는 이론상으로만 존재하고 있는 기술입니다.
어쨋든 이렇게 많은 과학자들이 관심을 갖고 있는 워프 드라이브는 이론적으로 어떻게 작동하게 되는 걸까요?
우리가 워프 드라이브를 이해하려면 먼저 만나봐야될 사람이 있습니다. 바로 아인슈타인입니다.
아인슈타인은 일반 상대성 이론을 통해 공간과 시간은 융합되어 있으며, 빛보다 빠른 것은 존재할 수 없다고 말했습니다.
또한 별이나 블랙홀과 같은 무거운 물체는 주변의 시공간을 구부려뜨릴 수 있다고도 말했었죠.
그렇다면 혹시 우주를 이동하고 있는 우주선의 주변 시공간을 구부려뜨리는 것도 가능할까요?
1994년에 미겔 알쿠비에레라는 이론물리학자는 우주선 앞의 시공간을 수축하고 뒤의 시공간을 팽창시키는 것이 일반 상대성 이론 내에서 가능하다는 논문을 발표했습니다.
당시 영화 "스타 트렉"의 감독은 이 아이디어를 받아들여 영화에도 적용했으며, 이 기술에 워프 드라이브라는 이름까지 붙여주기도 했었습니다.
그런데 앞의 시공간을 수축하고 뒤의 시공간을 팽창시킨다라는 의미가 정확히 무엇을 말하는 걸까요?
쉬운 예로, A와 B 이렇게 두 지점이 있고, 두 지점 사이의 거리가 10미터라고 가정해 봅시다.
A지점에서 출발해서 초당 1미터를 이동할 수 있다면 B지점까지 도달하는데 걸리는 시간은 10초가 될 겁니다.
그런데 만약 A지점과 B지점 사이의 시공간을 압축해서 1미터로 줄이게 되면 어떻게 될까요?
이 상태에서 똑같이 초당 1미터의 속도로 이동한다면, 단 1초 만에서 A지점에서 B지점으로 이동할 수 있게 되는 겁니다.
이론적으로 이렇게 두 지점의 공간을 압축시켜서 이동하는 방법을 워프 드라이브라고 합니다.
이러한 워프 드라이브는 우주선 주위의 평평한 시공간의 거품을 만들고 그 거품 주위의 시공간을 휘어서 거리를 좁히게 되는데요.
우주선 앞쪽의 시공간은 수축시켜 목적지와의 거리를 좁히게 되고, 우주선 뒤쪽의 시공간은 팽창시켜 출발지에서 멀어지게 만드는 겁니다.
즉, 우주선은 별도의 추진력이 없어도 이러한 시공간의 휘어짐으로 인해 목적지까지 빠르게 도달할 수 있게 됩니다.
쉬운 예로, 무빙 워크 위에서 걷지 않고 가만히 서있기만 해도 목적지까지 더 빠르게 이동할 수 있는 것과 비슷하다고 할 수 있죠.
이론상으로 이러한 이동 방식은 빛보다 빠르게 이동하는 개념이 아니기 때문에, 일반 상대성 이론에도 위배되지 않습니다.
그런데 이런식으로 시공간을 수축, 팽창시키려면 음의 에너지라고 불리는 아직 관찰되지 않은 미지의 물질이 반드시 필요합니다.
음의 에너지는 엄청난 양의 질량을 이용해 입자와 반입자 간의 불균형을 만들어내야 비로소 얻을 수 있는데요.
예를 들면, 우주 공간은 반대의 에너지를 가진 한쌍의 입자들이 빠르게 나타났다가 사라지는 일들이 반복되고 있습니다.
만약 엄청나게 높은 질량을 가진 우주선의 근처에서 한쌍의 입자들이 나타나게 되면, 음의 에너지를 가진 입자는 높은 질량에 의해 우주선쪽으로 끌려갈 수 있습니다.
그리고 이러한 일들이 계속 반복된다면 우주선 주변에는 점점 음의 에너지의 밀도가 높아지게 되겠죠.
알쿠비에레 박사가 연구하고 있는 워프 드라이브는 이러한 방식으로 만들어진 음의 에너지를 이용해 시공간의 거품을 만들어 낼 수 있습니다.
(또한 박사는 카시미르(Hendrik Casimir) 효과를 통해서도 가능할 것으로도 생각하고 있습니다.)
이렇게 만들어진 음의 에너지 거품은 중력에 반하는 성질을 가지고 있기 때문에 시공간을 계속해서 밀쳐내게 되는데요.
그래서 이 거품으로 둘러싸여진 우주선의 한쪽 시공간은 계속 수축되면서 뒤쪽으로 흘러가게되고 뒤쪽에서는 반대로 시공간이 다시 팽창하게 됩니다.
(앞에서 당겨주고 뒤에서는 밀어주고)
그런데 문제는 워프 드라이브에 필요한 음의 에너지를 만들려면 엄청나게 많은 질량이 필요하다는 겁니다.
약 100미터 정도 크기의 거품을 만들어 내기 위해서는 관측 가능한 전체 우주 만큼의 질량이 필요할 수 있죠.
하지만 1999년에 크리스 반 덴 브로크(Chris Van Den Broeck)라는 과학자는 거품의 부피를 조절하는 방법을 이용해 필요 질량의 양을 태양 질량의 수준으로 줄이는데 성공했습니다.
관측 가능한 우주의 질량에서 태양 수준의 질량으로 엄청난 개선을 이루긴 했지만, 여전히 현실성은 많이 떨어진다고 할 수 있습니다.
그리고 얼마전에는 이러한 문제를 해결할 수 있는 솔루션을 발견했다는 논문이 2건이나 발표되었는데요.
(https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/abdf6e, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/abe692)
두 논문의 공통점은 음의 에너지를 사용하지 않고도 워프 드라이브를 구현할 수 있다는 내용이었습니다.
특히 한 논문은 음의 에너지지 없이 워프 드라이브의 속도를 빛의 속도 이상으로 유지시킬 수 있는 솔루션을 제안했습니다.
하지만 이러한 얘기들은 아직 이론상으로만 존재하는 기술이라는 점을 잊어서는 안됩니다.
가장 중요한 점은, 이러한 연구를 통해서 워프 드라이브의 가능성이 조금씩 수학적으로 입증되고 있다는 사실이라고 할 수 있습니다.
이러한 과학자들의 끊임없는 관심과 노력을 통해 워프 드라이브는 언젠가 반드시 등장하게 될 겁니다.
그때가 오면, 인류는 프록시마 센타우리를 넘어서 더 먼 우주까지 여행을 할 수 있게 될 겁니다.
https://youtu.be/fPy-2S4Z9rA?si=C8ex4P64nHtnt-i7
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