캡틴 마블 광속엔진의 심각한 오류
광속엔진을 만들면 아인슈타인은 바보가 된다.
마블 세계관에서 가장 강력한 히어로이자 마블 영화의 주 무대를 지구에서 벗어나 우주로 확장시키는 영화인 캡틴 마블입니다. 이번에는 캡틴 마블의 논란거리나 재미를 떠나서 영화 속에 나온 광속 엔진에 대해 알아보려고 합니다.
영화 캡틴 마블에서는 1980년대에 미국 국방성과 나사가 비밀리에 시작한 페가수스 프로젝트가 나옵니다. 테서랙트와 외계 기술을 이용해 빛의 속도로 날아가는 엔진을 만드는 프로젝트입니다. 그리고 초광속 엔진 개발에 결국 성공합니다.
캡틴 마블에서나 스타트렉을 보면 우주선이 초광속으로 이동할 때의 모습을 보면 푸른색 섬광을 내뿜고 주변의 빛들이 길게 늘어납니다. 플라스마를 분사하는 이온엔진을 작동시킨 것입니다.
이온 엔진은 수십 년 전부터 실제로 차세대 우주선 엔진으로 개발 중에 있으며 제논이라 불리는 불활성 기체를 이용합니다. 엔진에 들어간 제논 가스는 전자들과 충돌하면서 양이온이 됩니다. 양이온이 된 제논 가스가 구멍이 뚫려있는 금속판을 통과하면 우주에서 시속 10만 km가 되죠. 어마어마한 속도로 날아갈 수 있게 됩니다. 그러나 빛의 속도인 초속 30만 km에 비하면 새 발의 피입니다. 그렇다면 캡틴 마블 영화 속 나사와 미국 국방성은 어떻게 광속 엔진을 만들었을까요?
놀랍게도 현실에서는 못 만듭니다.
좀 더 자세히 말하자면 현재까지의 인간의 물리학으로는 만들 수가 없습니다. 그리고 만들어도 심각한 부작용을 일으킵니다.
광속으로 움직이는 것이 가능한지 알려면 우선 아인슈타인 박사의 특수상대성이론을 알아야 합니다. 특수상대성이론을 간단하게 살펴보면 세상의 모든 물질은 빛보다 빠르게 움직일 수 없고 우주상에서 최고 속도는 초속 30만 km, 빛의 속도가 한계라는 것입니다. 다시 말해 특수상대성 이론에 따라 인류가 그 어떤 노력을 해도 빛보다 빠르게 날아갈 수는 없는 것입니다.
그런데 다르게 생각해보면 빛보다 빠르게는 움직일 순 없지만 빛의 속도에 근접할 수는 있다는 이야기이기도 합니다. 대신 우주선이 빛의 속도에 근접해서 날아가게 되면 우주선의 시간은 아주 느리게 갑니다. 물론 우주선 안에 있는 우주인들을 느끼지 못하죠. 거기다 우주선의 질량은 어마어마하게 커지게 됩니다.
이 이론의 근거가 되는 이론이 뉴턴 공식인 F=ma와 라부아지에의 질량 보존의 법칙 그리고 아인슈타인 공식인 E=mc2입니다.
뉴턴은 질량(m)을 가진 물체에 힘(F)을 증가시키면 가속도(a)가 증가한다고 하였습니다. 화학자 라부아지에는 나무나 석탄을 태울 때 생기는 연기와 재의 무게를 합치면 타기 전의 질량과 같다는 근거로 물체의 질량은 어떤 경우에도 절대로 변하지 않는다는 질량 보존의 법칙을 만들었습니다.
이 두 이론에 따르면 계속해서 질량을 가진 물체에 힘을 줄 경우에 에너지가 어디로 세지 않고 그대로 질량을 가진 물체에게 전해지면서 속도는 계속해서 증가한다는 의미입니다.
하지만 아인슈타인은 이 두 가지 이론의 정의를 바꾸어버립니다. 아 그렇다고 이 이론이 틀린 것은 아닙니다. 물체의 속도가 빛의 속도에 달하면 이 이론이 맞지 않게 되는 것일 뿐이죠 특수상대성 이론에 따라 에너지를 계속해서 주다 보면 빛의 속도에 달하게 되는데 빛의 속도 이상으로는 낼 수 없습니다.
아무리 힘(F)을 줘도 속도(a)가 더 빨라지지 않는 것이죠. 힘은 계속 커지는데 속도가 더 빨라지지 않고 고정된다면 공식에 따라
그만큼 질량(m)이 증가하게 되는 것입니다. 즉 질량이 무한대가 되어버립니다. 실제로 유럽 CERN 입자가속기에서 입자를 광속에 가깝게 날리면 이 입자의 시간이 느려지면서 수명이 수십 배 늘어났고 질량도 증가하였습니다.
만약 영화 캡틴 마블처럼 광속 엔진을 개발해서 우주선에 장착하고 광속으로 날게 되면 우주선의 질량이 계속해서 증가하게 됩니다. 질량은 무게와 달리 어떤 가속도로 이동시키고자 할 때 얼마나 많은 힘이 드는지 나타내는 수입니다. 우주선의 질량이 겁나게 커지면 움직이는데 더 많은 힘이 들 테고 그만큼 더 많은 연료와 에너지가 필요하게 됩니다.
결국 비효율적인 엔진이 되는 것이죠.
자 그렇다면 우리가 미래에 우주공간을 빠르게 이동하기 위해서 필요한 장치는 무엇이 있을까요? 텔레포트일까요? 워프일까요?
여러분들은 어떤 기발한 아이디어가 있는지 댓글에 남겨 주세요
