■ 빛 10배 빠른 우주선, 어떻게 개발할까?

■ 빛 10배 빠른 우주선, 어떻게 개발할까?

 

인류가 빛의 광속 보다 10배 빠른 속도의 '워프 항법(warp drive)' 우주선 개발이 추진되고 있다. 2002년, 물리학자 알큐비에르(Alcubierre)가 내놓은 계산에 기반해서 적어도 이론상으로는 빛 보다 10배 빠른 여행이 가능한 것으로 나타났다. 새로운 이론에 따르면, 이른바 별난 물질(exotic matter) 고리 등을 이용해서 우주선을 운행하면, 정상 우주에서 빛 보다 10배나 빠른 속도로 다른 우주로 순식간에 이동할 수 있다는 것이다.

 

태양계를 벗어나 다른 별로 가려면 빛 보다 매우 빠른 속도로 이동하는 우주선이 필요하다. 인류가 우주 여행과 우주 탐사를 준비를 해야 하는 이유는 앞으로 2백년은 지구가 이전의 그 어느 때보다도 위기에 많이 휩싸이기 때문이다. 그가 말하는 위협 요소는 지구의 유한한 자원과 인류의 존재 자체를 위협하는 여러 사건들이다. 이런 것을 감안하면, 지구가 다음 1천년이나 100만년은 제쳐두고 향후 100년간 인류 절멸의 재앙을 피하기 어려울 것이며, 따라서 다음 세기를 넘어 인류가 살아남으려면 우주 진출은 필수이다.

 

한 행성에만 머무르지 말아야 한다는 얘기이다. 또한, 초신성이나 소행성 등이 지구 가까이 다가와 인류를 끝장낼 가능성도 항상 있기 때문에 어쨌든 미래에는 인류가 지구에서 살지 못하게 될 수도 있으므로 우주로의 진출을 진지하게 고민할 필요가 있다.

 

인류가 지금까지 우주의 세계로 진출한 것은 고작 달을 밟아본 것이 전부이다. 아직 인류는 태양계조차 제대로 알지 못하고, 가장 가까운 행성인 화성조차도 가보지 못하고 있다. 하지만, 인간은 태양계 밖의 다른 행성을 밟을 날을 준비해야 한다.

 

만약 인류가 광속으로 비행하는 기술과 우주 방사선을 막을 기술을 개발한다면, 우주 비행사가 짧은 기간의 초광속 여행을 통해서 지구 시간으로 1천년이나 걸리는 미래 세계로의 시간 여행을 할 수 있을 것이다. 광속을 돌파하는 초광속 기술이 개발된다면, 시간이 정지된 상태에서 불과 몇 분 안에 도착할 수도 있을 것이다.

 

● 암흑 에너지를 연료로 이용하면, 빛 보다 빠른 우주선 개발 가능

 

그렇다면 초광속 기술이 개발될 수 있을까? 그렇다. 지금 우주 과학자들은 빛의 속도로 달리는 우주선 개발 아이디어를 속속 내놓고 있다. 반물질 엔진 개발, 암흑 물질과 블랙홀을 이용한 우주선 개발 같은 획기적 아이디어가 흥미를 끈다.

 

현재의 로켓은 에너지의 대부분을 연료와 연료 탱크를 가속하는 데에 많은 에너지를 소비한다. 로켓 엔지니어들의 꿈은 자급 자족형 엔진을 개발해내는 것이다. 우주의 무한한 에너지를 찾을 수 있으면, 우주선은 어디든 갈 수 있고, 빛의 속도 이상으로 돌진할 수도 있다.

 

연료로서 주목받는 것은 암흑 에너지이다. 암흑 에너지는 우주 공간에 존재하는 에너지로 서로 끌어당기는 중력과 달리 물질들을 서로 밀어내는 힘을 가진 미지의 에너지이다. 우주 공간에는 별과 생물체 등을 이루는 일반 물질은 겨우 5%인 반면, 72%가 암흑 에너지이고, 23%가 암흑 물질이다.

 

우주 탐험을 소재로 한 공상 과학 영화 스타트렉에는 공간 이동 추진 엔진인 '워프 항법(warp drive)'을 이용해서 빛 보다 빠른 속도로 행성 사이를 오가는 우주선이 등장한다. 워프 항법은 우주선이 우주 공간을 종이 평면의 한 지점에서 한 지점까지 선을 그어 가듯 비행하는 것이 아니라 아예 종이를 접어 단숨에 다른 곳으로 이동하는 비행법이다. 홍길동이 축지법을 쓰는 것과 유사하다. 우주 여행에서 가장 중요한 것은 속도이다. 우주선이 지구의 중력으로부터 벗어나야 하기 때문이다.

 

미국 베일러 대학의 제럴드 클리버 교수는 이같은 우주 여행이 현실에서도 가능하다는 이론을 발표했다. 우주의 암흑 에너지를 우주선의 추진력으로 활용해서 우주의 시공간을 차곡차곡 접으면, 빛 보다 매우 빠른 여행을 할 수 있다는 것이다. 2009년 08월 미국 뉴욕 대학 물리학과의 중국계 대학원생 지아 류도 암흑 물질로 추진되는 신개념 우주선을 미국 코넬 대학의 물리학 아카이브(arXiv)에 발표했다.

 

이들이 암흑 에너지를 조종해서 우주선의 추진력으로 사용하기 위해 고안한 방법은 앞쪽 공간을 좁히고, 뒤쪽 공간을 넓히면서 빠르게 전진하는 것이다. 이들에 따르면, 우주선 앞부분에 있는 암흑 에너지를 '0' 이하로 떨어뜨리면, 이 주변의 시간과 공간은 수축하는 반면, 뒷부분의 시공간은 암흑 에너지로 인해 팽창한다고 한다. 이런 시공간의 차이는 우주선 자체가 움직이지 않아도 '파도 타기를 하는 서퍼'처럼 우주선을 밀어주고, 빛 보다 매우 빨리 나아갈 수 있도록 힘을 실어준다. 이런 과정을 여러 차례 반복하면서 우주선은 앞으로 나아가는 것이다.

 

● 호킹 복사를 이용한 블랙홀 우주선을 개발해야 한다.

 

우주 여행을 가능하게 하는 또 하나의 방법은 호킹 복사'Hawking radiation) 에너지이다. 무엇이든 다 빨아들이는 블랙 홀(black hole) 에너지를 이용하는 항법이다. 미국 캔자스 주립대학 루이스 크레인 교수는 우주선의 추진력으로 블랙홀 에너지를 사용하는 블랙홀 우주선이라는 새로운 개념 모델을 내놓았다. 블랙홀에서 에너지를 얻을 수 있는 방법은 '호킹 복사'를 이용하는 것이다. 블랙홀은 모든 것을 빨아들이기만 하는 것이 아니라 에너지를 방출하며, 결국 언젠가는 완전히 증발해 사라지는데, 이 에너지 방출이 바로 호킹 복사'Hawking radiation)라고 하는 빛 에너지이다.

 

블랙 홀의 증발 현상은 질량이 작으면 작을수록 더욱 두드러진다. 아주 조그만 블랙홀은 폭발과 같은 과정을 거치며, 엄청난 빛을 내놓는다. 따라서, 우주 여행 에너지원으로써 활용이 가능하다. 우주선의 추진력을 키우는 데는 100만톤 가량의 미니 블랙홀을 이용하는 것이 이상적이다. 이러한 미니 블랙홀은 태양계에서 찾기 어려우므로 직접 만들어 사용해야 한다는 것이 크레인 교수의 설명이다.

 

우주 공간에 너비 2백 50㎞의 태양 전지판을 짓고, 감마선 레이저로 미니 블랙홀을 만드는 데 필요한 에너지를 얻는다. 태양 에너지에 의해 충전되는 감마선 레이저는 굉장한 양의 에너지를 작은 부피에 농축하기 때문에 원자핵 하나 크기의 블랙홀을 만든다. 이 블랙홀은 우주선이 100년간 빛의 속도로 우주 여행을 할 수 있게 해주는 에너지를 만든다.

 

블랙홀 우주선의 원리는 간단하다. 우주선의 반대편 끝에 달린 거울에 인공적으로 만든 미소 블랙홀을 장착한다. 자기장으로 컨트롤하면서 우주선을 떨어뜨리면 블랙홀 에너지가 거울을 치면서 우주선이 앞으로 나아간다. 빛의 속도 이상으로 우주 여행을 가능하게 한다. 그러나, 암흑 물질과 블랙홀 우주선을 개발하기까지는 극복해야 할 문제가 많다. 암흑 물질과 블랙홀 엔진을 어떻게 만들고, 암흑 물질을 어떻게 수집할 것인지를 연구해야 한다.