우주 탐험을 소재로 한 공상과학(SF) 영화 ‘스타트렉’에는 ‘워프 드라이브(warp drive·공간 이동 추진)’를 이용해 빛보다 빠른 속도로 행성 사이를 오가는 우주선이 등장한다. 오즈의 마법사(witches in Oz)에서는 버블(거품)에 의한 여행도 가능하다. 미국 베일러대(Baylor University)의 물리학자인 제럴드 클리버(Gerald Cleaver) 교수 연구진은 이 같은 우주여행이 현실에서도 가능하다는 이론을 발표했다고 2008년 8월 13일자 Space.com이 보도하고 있다. 이들은 미래의 우주선은 공간-시간 거품을 이용해 빛의 속도보다 더욱 빠르게 나갈 수 있다고 주장하는데 이는 물론 정말 먼 미래의 이야기이다.
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[목차]

1. 이론적 배경
2. 끈 이론을 조절
3. 태양계를 넘어 암흑물질과 암흑에너지로 진입
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1. 이론적 배경

이들은 우주의 암흑 에너지(dark energy)를 조정해 우주선의 추진력으로 활용하면 물리 법칙을 깨지 않으면서 워프 드라이브 우주선이 앞으로 나갈 수 있을 것이라고 설명했다. 우주의 72%를 구성하는 암흑 에너지는 공간 속에 존재하는 에너지로 중력과 달리 물질들이 서로를 밀어내는 힘이다. 2000년대 들어서 발견된 암흑 에너지는 빅뱅(대폭발) 이후 우주를 갈수록 빠른 속도로 팽창시키는(ongoing expansion) 원인으로 지목되고 있다.

연구진은 우주선 앞부분에 있는 암흑 에너지를 ‘0’ 이하로 떨어뜨리면 이 주변의 시간과 공간은 수축하는 반면(shrinking space-time in front) 뒷부분의 시공간은 팽창한다(expanding space-time behind the spaceship)고 주장했다. 이런 시공간의 차이는 우주선 자체가 움직이지 않아도 ‘파도타기를 하는 서퍼’처럼 빛보다 빨리 나아갈 수 있도록 힘을 실어준다는 설명이다. 우주 전문 웹사이트 스페이스닷컴은 연구진이 가로, 세로, 높이 각각 10m의 우주선을 암흑 에너지를 활용해 움직이게 하려면 목성 질량(지구 질량의 약 318배)을 에너지로 바꾸는 데 필요한 만큼의 엄청난 에너지가 들어갈 것으로 측정했다고 전했다.

[그림 : 빛보다 빠른 우주선 개념도. 사진 : 유니버스 투데이]

"파도타기를 하는 서퍼를 생각해보세요. 우주선은 공간의 버블에 의해 당겨지고 버블은 빛보다 빠른 속도로 움직일 수 있습니다"라고 Cleaver는 말한다. 이상하게 들릴지 모르지만 최근에 밝혀진 72%의 암흑 에너지와 23%의 암흑물질(dark matter)은 우주의 공간-시간을 빛의 속도보다 더욱 빠른 속도로 팽창시키고 있다.

2. 끈 이론을 조절

끈 이론가들(String theorists)은 우주가 높이, 넓이, 길이 등의 10차원으로 구성되어 있다고 믿는다. 물론 마지막은 시간으로 10+1 차원이다. 다른 6차원은 아직 알려지지 않은 것이지만, 모든 차원은 하나의 가설 1차원 끈에 의존하는데, 이 새로운 M-이론(M-theory)은 이러한 끈들이 다른 차원으로 모두 진동한다고 한다. 따라서 추가적인 차원을 조절하면 암흑 에너지의 높이, 넓이, 길이 등을 조절할 수 있다는 것이다.

그 것도 아인슈타인의 상대성 이론(Einstein's Theory of Relativity)과 마찰을 일으키지 않고 가능하다고 하는데, 아인슈타인은 어떤 물체가 빛의 속도 이상으로 가속되려면 무한의 에너지(an infinite amount of energy)가 필요하다고 지적하고 있다.

3. 태양계를 넘어 암흑물질과 암흑에너지로 진입

여하튼 빛 보다 빠른 물질이나 우주선에 관한 이론과 논문이 자주 발표된다. 이는 아인슈타인의 팬들을 화나게 할 것임에는 틀림 없지만, 빛을 뛰어 넘는 그 무언가에 대한 도전은 즐거운 환상이며 아름다움이다. 따라서 인간은 언젠가는 빛보다 빠른 우주선을 발견해 태양계를 넘어 암흑물질이나 암흑에너지로 진입할 것임엔 틀림이 없다. 그 곳엔 우주를 창조한 창조주가 계시는 곳이다.

[참고]

[천문학자들이 우주가 충돌할 때 암흑물질에서 일반 태양계의 빛을 분리해 내는, 다시 말하면 일반 물질로부터 분리되는 암흑물질을 발견했다. 지구에서 57억 광년 떨어진 2개의 은하 성단(clusters of galaxies) 사이에서의 타이타닉 충돌(titanic collision)을 천문학으로 관찰한 결과이다. 따라서 조만간 우주의 23%를 이루는 암흑물질의 속성이 밝혀질 것으로 기대(Cosmic crash unmasks dark matter(17/Sep/2008), 02540-SPA]

[미국 하버드대, 2001년 초당 30만Km의 속도로 진행하는 빛을 진공상태에서 정지(stopping)시켜 저장해 두었다가 다시 놓아주는 기술을 개발하더니, 2007년 2월 8일, 절대온도 0도로 냉각된 원자의 구름에서 빛을 물질로 전환시켜(Cool clouds turn light to matter), 이동하는 빛의 파동을 정지시켰다가 다른 위치에서 또 다른 빛에 의해 원래 그대로 재생시키는데 성공(A fleeting pulse of light has been captured and then made to reappear in a different location), 빛과 물질을 통합(light and matter united)한 것으로, 빛과 물질, 물질과 빛을 마음대로 제어, 보스-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensates(BECs) 이론을 활용한 양자역학(Quantum mechanics, Quantum physics)의 개가, 광학 스토리지 디바이스(Optical storage devices), 양자 컴퓨터(Quantum computers) 가시화, 2007년 2월 8일자 네이처지(Nature 445, 605-606페이지) 뉴스 & 뷰(News & Views)란에 "양자역학 : 아직 이해할 수 없는 영역(Quantum physics: Indistinguishable from afar)"라는 소개와 더불어 623-626 페이지에 걸쳐 "물질 파장 역학으로 광학정보의 응집 제어(Coherent control of optical information with matter wave dynamics)"라는 논문을 발표(23/Feb/2007)]

[소스]

[Space.com-Spaceship Could Fly Faster Than Light(13/Aug/2008)]
[동아일보-“빛보다 빠른 우주선 가능”(19/Aug/2008)]