Si-Fi 소설가 지망생이 말하는 재미있는 과학 이야기 1. 공간이동

1법칙 : 어떤 뛰어난, 그러나 나이든 과학자가 무언가가 "가능하다" 고 말했을 때, 그것은 거의 확실한 사실에 가깝다. 그러나 그가 무언가가 "불가능하다" 고 말했을 경우, 그것은 높은 확률로 틀렸다.

(When a distinguished but elderly scientist states that something is possible, he is almost certainly right. When he states that something is impossible, he is very probably wrong.)

2법칙 : 어떤 일이 가능한지 불가능한지 알아볼 수 있는 유일한 방법은, 바로 불가능의 영역에 아주 살짝 도전해 보는 것 뿐이다.

(The only way of discovering the limits of the possible is to venture a little way past them into the impossible.)

3법칙 : 충분히 발달한 과학 기술은 마법과 구별할 수 없다.

(Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic.)

무슨 말이냐고요? 아서 클라크(Sir Arthur C. Clarke CBE 1917.12.16 – 2008.3.19. 영국 Si-Fi 작가 겸 미래학자)의 과학 3법칙입니다. 아이작 아시모프의 로봇 3원칙 만큼 유명한 말이지요.

전 저 말을 아주 좋아합니다. 특히 제 1법칙과 3법칙에 말이지요.

저 또한 한 사람의 미래학자를 꿈꾸는 사람이자 미래학도로 여러가지를 공부하고 연구해보았습니다. 그 중에 대표적인 게 현재 불가능한 기술이 미래에 가능할 것인가? 란 고찰이었지요. 많은 것은 가능하고 많은 것은 불가능합니다.

누가 한 말인지는 모르지만 "자연은 인간에게 불가능한 것을 제외한 모든 것을 가능하도록 허락했다."라는 말이 있습니다. 자연계에서 일어나는 모든 현상은 인간이 재현할 수 있다는 말이지요.

대표적으로 가능한 것은 핵융합(태양을 비롯한 많은 별들이 하고 있지요) 따위의 일이겠지요. 대표적으로 불가능한 일은 엔트로피의 역전(우주 전체의 엔트로피는 결국 상승하지요.)과 부활(어떤 생물도 죽은 후 부활하지 않습니다.)이고요.

우리가 공상과학 소설 및 영화 등을 보면 늘 궁금해하는 것이 있습니다. 공간이동이 과연 가능할 것인가? 좀 더 포괄적으로 보면 [광속보다 빠른 속도로 우주를 여행하는 것이 가능할 것인가?]

아인슈타인이라면 부정하겠지만, 인간은 늘 자연을 정면돌파하기 보다는 뒷길로 살살 법칙을 피해가는 걸 선호하는 편입니다. 꼭 질량체에 에너지를 들입다 쳐부어서 빛보다 빠르게 하는 것보다는 물리법칙을 깨지 않는 선에서 다른 방법을 찾는 겁니다. 어차피 에너지를 무한보다 많이 부어봐야 관성계에 속한 질량체는 빛보다 빨라지지도 않아요.

우리의 똑똑한 전 세대 과학자들이 내놓은 방법은 꽤나 많습니다. 실현 가능성이 있는 것도 있어요. 몇 가지를 소개해 보지요.

1. 공간의 휘어짐. 빛보다 빠르게 이동하는 것처럼 보이지만 사실 질량체의 속도는 빛보다 느리다. 빠르게 움직이는 것은 그 앞의 공간!

무슨 뜻인지 잘 이해가 안 간다고요? 일반 상대성이론에 따르면 강한 중력은 시공간을 뒤틀게 합니다. 태양의 주위에는 공간이 늘 뒤틀려 있고 블랙홀 같은 경우에는 아예 우주에 구멍을 뽕 뚫어 놓은 거나 다름없지요.

만일 우주선 앞부분의 공간을 뒤틀어 놓은 상태로 만든다면 공간과 공간에 속한 질량체는 그 부분으로 밀려 나갈 것이고 흐르는 것은 공간이므로 질량체의 속도는 일정한 상태로도 관측자의 시선으로 봤을때 흡사 빛보다 빠르게 이동하고 있는 것처럼 보이게 됩니다.

이것이 바로 [알큐비에레 드라이브(Alcubierre drive)]로, 물체가 움직이는 방향으로 앞쪽 공간을 접고 뒤쪽 공간을 늘려서 이동하는 [워프] 항법의 일종입니다. 동양의 축지법과 유사하지요?

(단지 문제가 있다면 시공간을 접어 이동할 경우 접힌 공간을 만들때 투입된 에너지가 워프 종료와 함께 방출되어 투입된 에너지만큼의 천문학적인 대폭발을 일으킬 수 도 있다는 거지요. 우주선과 함께 우주의 먼지가.....)

2. 공간에 구멍 뚫기.

초공간 도약이라는 말이 더 우리에게 친숙할 겁니다. 많은 공상과학소설에선 별 해괴한 이론을 다 쓰지요. 5차원, 6차원 축을 이용하는 건 기본이고 허수차원까지 왔다갔다하질 않나. 뭐, 그런 건 제쳐두고.

사실상 현재는 불가능하지만 미래에는 어떻게 될지 모를 이야기입니다. 우주는 우리가 아는 것처럼 막 퍼져 나가는 형태가 아니라, 3차원적으로 비유하자면 지구처럼 구체의 형태를 가지고 있다는 이론이 있거든요. 진짜 구체는 아니에요. 일단 기본적으로 우주는 3차원이 아니라서.(우아한 우주 참조) 쉽게 말하자면 우주의 어느 방향으로든 지구에서 출발한 한 대의 우주선이 절대 방향을 틀지 않고 똑바로 직진하면, 얼레? 다시 지구가 나왔네. 라는 겁니다.

이 이론을 적용해서 우주 한복판에 구멍을 뚫으면(그렇지요, 흡사 지구에서 지구 반대편으로 갈 때 비행기를 타는 대신 멘틀, 외핵, 내핵 다 뚫고 가겠다는 것처럼), 얍! 우주 반대편에 도착!(3차원 아니라니까, 우주 반대편은 아니라 우주의 어딘가쯤 이겠네요.)

물론 우주에 구멍을 뚫는 다는 게 어떤 방식을 이용하지는도 모르고, 아직 저 이론이 사실인지 확인도 안 했으니(우주 마젤란이 우주 한 바퀴 돌기 전에는 말이에요) 이 방법은 1의 방법보다 현실성이 떨어집니다. 다음 방법으로 넘어가지요.

3. 양자 얽힘 현상에 따른 관계화 이동.

미시 세계의 양자들은 양자 겹침 현상과 양자 얽힘 현상이란 걸 보입니다. 이게 불확정성의 원리인데, 양자 겹침 현상은 관측되기 전의 양자는 임의 방향으로 스핀(한 방향이 아니라)하고 있다는 것이고 양자 얽힘 현상은 얽혀진 양자 중 하나가 관측되면 나머지 하나의 상태 또한 정해진다는 겁니다.(아인슈타인이 이 글을 싫어합니다.)

아인슈타인이 이걸 싫어한 이유가 뭐냐면, 양자 얽힘에 따르면 정보 전달이 광속보다 빨라집니다. 중력도, 전자기력도 어떤 종류의 힘도 정보도 빛보다 빠르게 전달될 수는 없어야 하는데 양자 얽힘에 의하면 얽혀진 양자가 10만 광년 떨어져 있어도 한쪽이 관측되면 나머지 한 쪽도 동시에 같은 상태가 됩니다. 아인슈타인에 따르면 10만 년 뒤에나 같은 상태가 되어야 하는데요!(정보 전달이 광속이라는 전제 하에)

하지만 실제로 둘은 전혀 오차 없이 같은 순간에 같은 형태로 변합니다. 자, 이제 실험에 들어가야지요. 양자 전송은 간단합니다. 하나의 물질을 구성하고 있는 모든 분자 아래 양자들을 다른 공간의 양자들과 얽히게 만듭니다. 두 공간에 있는 양자들은 서로 얽혀 있지요. 그럼 이제 양자 얽힘을 반대 방향으로 풀어버립니다. 그럼 한쪽에 있던 물질은 다른 곳으로 한 순간에(시간 지연 없이 바로!) 이동하게 되는 겁니다. 이게 바로 순간이동!

4. 존재확률 이동.

이건 솔직히 실현 불가능이라고 생각하지만, 과학이 발달하면 가능할 것 같기도 합니다. 양자 전송의 한 방법인데 이건 양자 얽힘 대신 존재 확률이란 걸 이용합니다.

거시세계의 물질들은 모두 존재확률이 100%에 한없이 가깝다고 보면 됩니다. 하지만 미시 세계의 물질들 중에서는 존재확률이 한없이 0%에 가까워지는 것들도 있습니다. 이른바 진공 에너지에 존재하는 양자들이지요.

완전한 진공을 이루었을 때. 그리고 절대 0도를 달성했을 때 이론적으로 모든 입자는 정지해야 합니다. 하지만 진공 요동이란 현상에 따르면, 완전한 진공과 절대 0도에 이르더라도 양자의 기초 진동은 멈추지 않습니다. 또한 완전한 진공 상태란 것은 아무 것도 없는 게 아니라 양자가 나타났다가 사라지기를 반복하는 현상을 말합니다.

그들은 존재 확률을 잃었다가 찾는 것이라는 이론이 있습니다. 만약 존재확률이 낮아지면 그건 세상 어디에서도 찾을 수 없게 됩니다. 사라지는 거지요. 하지만 그건 완벽히 사라지는 게 아닙니다. 양자론에 따르면 세상에 존재하는 어떤 물질도 소멸할 수 없습니다. 그건 양자론 뿐만 아니라 열역학과 상대성 이론에서도 공통적으로 동의하는 바이지요.

존재확률이 한없이 0에 가까워진 양자들은 엄밀히 말하자면 [그곳에 존재할 확률]이 낮아진 겁니다. 반대로 말하면 세상 어디에나 존재할 확률을 [0보다는 높게 가지고 있다]는 거지요. 즉, 존재확률을 임의로 조작할 수 있다면? 세상 어디로든 한 번에 이동할 수 있는 겁니다! 물론 2번과 마찬가지로 실현하기는 어려울 것 같습니다.

과학자들은 아직도 연구하고 있지요. 충분히 발달한 과학은 마법과도 같습니다. 워프도, 텔레포트도 이미 미시 세계에선 확인이 끝납습니다. 거시 세계에 언제 적용될지가 문제이지요.

미래는 이 순간에도 시간속도로 우리를 향해 돌진하고 있습니다. 글쎄요, 어쩌면 우리 세대에 볼 수도 있지 않을까요?

[[탈퇴계정]]

일본 과학자가 쓴 책에서 읽었던 구절이 생각나네요.

'순간이동을 하고 싶나요? 그럼 벽에 머리를 1억번 정도 부딪혀보세요. 당신은 순간이동을 경험하게 될 지도 모릅니다. 이건 상당히 가능성 있는 이야기랍니다.'

[체셔냐옹]

미국 과학자는 순간이동약이라고 사람의 체중에 따라 효과가 다르다면서 [보드카 마티니]를 제자에게 잔뜩 먹였지요. 정신차린 제자들은 각각 순간이동의 폐해로 박살난 실험실과 병원으로 순간이동한 자신을 찾을 수 있었다고.....

[유주]

저도 가끔 순간이동하는데요
순간이동 한 다음 날이면 머리가 아플뿐..

[워리도꾸]

우리에겐 '무한 불가능 확률 추진'이 있습니다 ^^

[체셔냐옹]

혹시 순간이동 치고는 시간도 엄청나게 많이 흘러있지 않던가요? 그럼 공간이동 뿐만 아니라 타임 슬립도 같이 경험하신 거네!

[체셔냐옹]

워리도꾸님/순수한 마음호를 타고 주님을 만나러 가실 기세!

[워리도꾸]

체셔냐옹님도 수건 준비하시면 태워드리죠 ^^

[체셔냐옹]

어서 수건을 하나 준비해야겠어요. 히치하이크 좀 해도 될까요?

[워리도꾸]

체셔냐옹님이 보곤족만 아니라면 환영입니다.

[SbarH]

거리를 걸으며 눈을 살포시 감아봅시다
잠시후 눈을 뜹니다
어? 주변 풍경이 달라져있네요?
우와! 내가 텔레포트를 익히다니?!
는 긍정의힘

[SbarH]

참고로 눈을 감고 계속 걷지않으면 텔레포트는 실패!

[워리도꾸]

눈감고 계속 걷다가 자칫하면 명계로 텔레포트하실지도..

[무한반사]

조금 난이도를 낮추어서... 눈을 감고 누우세요 양을 천마리 세고 의식이 흐려집니다. 눈을 뜨면 시간이동!

[페르딕스]

우선 1번 공간의 휘어짐으로 워프방식의 가속을 한다는 것에 대해 의문이 있습니다. 물론 더한 의문이 많지만, 그 기술의 존재 자체에 관한 의문입니다. 상대성이론의 공간의 휘어짐은 정확히는 3차원에 푹 패인 구덩이 같은 겁니다. 물체의 중심에서부터 구덩이가 패인 거지 무슨 힘이 전달되는 방식이 아니죠. 따라서, 우주선에서 공간을 접는다면, 그 위치는 변함이 없지 않을까요? 공간을 접었다가 폈다가 하는데 엄청난 에너지를 쏟고도 위치는 그자리입니다. 이동하려면, 공간을 접었다 펴는 장치가 우주선 외부에 위치해야하지 않을까요? 입자 가속기 처럼 말입니다.
2번 공간에 구멍뚫기 - 구멍을 뚫는건 가능할거라고 예상하고 있습니다. 물론 그 기술이 개발이 얼마나 걸리는냐는 건 별도구요. 이론적으로, 두 과학자가 특정한 두 시공간에 구멍을 뚫어 연결할수 있다라는 걸 증명하려 한 적이 있습니다. 그걸 증명해서, 시간과 공간이동이 불가능에서 가능의 영역으로 끌어내리려고 했습니다만, 실패했죠. 이유는 간단합니다. 상위 법칙에 어긋나거든요. 불확정성 원리에서 출발해서, 웜홀을 구상하고, 그 웜홀을 연결하는 상상을 했는데, 그렇게 해서 웜홀을 연결하니, 맨 처음 불확정성의 원리를 부정하게 됩니다. 두 과학자가 성공했다고 논문을 내었는데, 스티븐호킹이 간단하게 부정한걸로 알고 있습니다.

[체셔냐옹]

다크에이서님/
번 의문 같은 경우에는 공간이 휘어짐에 따라 휘어진 방향으로 [물질이 이동하는 것처럼 보이게] 됩니다. 물질의 위상에는 변화가 없음에도 불구하고요. 왜 그런가 하면, 우리가 인식하는 건 공간 그 자체가 아니라 물체 뿐인데 공간 자체가 휘어지면서 관측자의 눈에는 그 공간에서 반사되는 광자 또한 휘어져 보이기 때문입니다. 실제로 그 물질이 이동을 한 게 아니라. 문제는 여기서 발생하는데, 공간이 휘어졌다가 다시 펴질 경우 물체가 원래 위치로 돌아오느냐? 맞습니다. 단순히 접었다 피기만 한다면요. 하지만 공간을 접을 수 있다면, 그냥 접었다 폈다만 할 리가 없지 않습니까? 휘어진 공간 사이로 물체를 이동시킨 다음에, 역으로 휘게 만들 수도 있는 겁니다.
그림을 올릴 수 있으면 좋을 텐데 식으로 살펴 보자면
공간상 점 A와 B가 있고 물질 a가 있을 때, A와 B사이의 공간을 휘어서 물질 a가 B 방향으로 나아가게 한 다음 공간을 펴는 겁니다. 축지법과 같다고 생각하세요. 땅을 접어서 한 걸음 나아간 다음 땅을 도로 펴는 식.
우주선 밖에 있어야 한다는 건 저도 동의합니다. 아니, 장치는 안에 있더라도 힘은 밖으로 작용해야겠지요.

2번의 경우 는 의문이 뭔지를 모르겠네요.

[페르딕스]

이동하는 것과 같은 효과를 내는 건 공간을 휜 주체가 아닙니다. 주체의 주변에 있는 물체가 그 공간을 지나면서 주체에 접근하는 거죠. 공간을 휜다는 것하고, 휘는 방향을 정하는 것은 천지차이가 아닐까요? 공간을 휘는건 엄청난 에너지를 집약시키면 가능한 것입니다.
비유를 하자면, 아주 평평한 매트리스 위에 무게를 가하는 겁니다. 그럼 매트리스가 파이겠죠? 그게 공간을 휘는 방식인데, 방향성을 준다는 것이 상상이 가질 않습니다.
2번은 웜홀이라는게 블랙홀에서 만들어진 이론입니다. 그 이론 배경은 블랙홀에서의 공간의 휨과 함께 위치를 정할수 없다는 불확정성의 이론을 받아들여서 웜홀을 구상했죠. 그런데, 웜홀의 위치를 고정하고, 그 웜홀로 물체를 통과시키려는 행위가 불확정성의 원리에 위배됩니다.