알큐비에레 드라이브
1. 개요
'''Alcubierre drive'''[1]
'''알큐비에레 드라이브'''는 현재까지 알려진 물리 법칙을 만족하는[2] 워프 이론 중 가장 현실성이 있는 방안으로, 물체가 움직이는 방향으로 앞쪽 공간을 접고 뒤쪽 공간을 늘려서 이동하는 방식이다.
2. 상세
접힌 공간(warp bubble)의 크기를 조절하면 물체가 차지하는 공간 내부에서는 마치 자유 낙하를 하는 것처럼 아무런 힘을 받지 않고 가속해 움직인다는 것이 특이 사항이다.[3] 좀 더 정확히 말하자면 이동하고자 하는 물체[4]가 향하는 방향의 앞쪽 공간을 압축하고, 뒤쪽 공간을 팽창시켜서, 공간 자체를 초광속으로 이동시킨다는 개념이다. 공간 자체가 이동하기 때문에 버블 안에서 보면 우주선은 제자리에 가만히 있는 상태로 있다.
예를 들어 2차원의 해수면을 공간이라고 하고, 배를 우주선이라고 하자. 배를 둘러싸는 원형의 필드를 가정하고, 그 필드에서 배가 나아가고자 하는 방향 앞쪽의 수면을 낮추고, 뒤쪽의 수면을 높인다면, 바닷물은 높아진 뒷쪽에서 낮아진 앞쪽으로 흘러가면서 원형의 필드(워프 버블)을 앞으로 밀게 될 것이다. 수면의 높낮이(공간의 압축/팽창 정도)를 크게 한다면 배가 해수면에서 상식적으로 낼 수 있는 최고속도(광속)를 초월한 이동이 가능하다.[5] 그러나 배가 원형의 필드[6]내에서 수면[7]에 대한 상대속도는 0이기 때문에, 질량이 있는 물질은 광속에 닿거나 넘을 수 없다는 상대성이론을 위배하지 않는다. 따라서 이 주장이 신빙성을 더하고 있다.
3. 원리
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출처: http://www.popsci.com/technology/article/2013-03/faster-light-drive
그림에 나와 있는 숫자에 대하여 설명을 하자면 다음과 같다.
1) 도표에서 수직축은 알큐비에레 모델 상에서 시공간이 얼마나 팽창 혹은 수축했는지를 나타낸다. 양의 값(시공간의 팽창)은 그림에서 붉은색으로 나타난다. 시공간이 우주선 뒤에서 팽창하는 경우, 결과적으로 그 팽창된 공간 자체가 우주선을 앞으로 밀어내는 역할을 하게 된다.[8]
2) 워프 버블(접힌 공간) 안에 있는 통상적 공간(neutral space-time)이 우주선을 워프에 각각 앞의 수축공간과 뒤의 팽창공간과의 거리를 벌려서 우주선을 보호하는 역할을 한다. 이 덕분에 우주선 탑승자들은 실제로는 중력가속도(또는 관성)의 영향을 전혀 받지 않는 상태(zero-G environment)에 있게 된다. [9]
3) 음의 값(푸른색)은 시공간의 수축을 나타낸다. 이 수축은 붉은 색으로 표현되는 시공간 팽창과 균형을 이루어 결과적으로 우주선이 들어있는 워프 버블을 앞으로 끌어당기는 역할을 하게 된다. [10]
4. 문제점
하지만 아직은 시공간을 접는 데 천문학적인 에너지가 들어가고, 구체적으로 시공간을 어떻게 '휘게' 할 것이냐는 것도 큰 난제이다.
동력 문제를 해결하더라도 알큐비에르 드라이브의 실현 가능성을 낮추는 연구결과들이 나와있는데, 예를 들어 알큐비에르 드라이브로 시공간을 접어 이동할 경우 접힌 공간을 만들 때 투입된 에너지가 워프 종료와 함께 방출되어 투입된 에너지만큼의 천문학적인 대폭발을 일으킬 수도 있다는 연구 결과가 나왔다고 한다. #
거기에다가 공간을 접는 데 에너지가 별로 들지 않더라도 워프 중 이동하는 공간의 우주 먼지와 각종 물체들이 접힌 공간 주위에 형성된 네거티브 에너지 밴드와 통로이동 병렬추진의 작용에 반응해 워프의 도착지점에 내뿜어지게 되는데 이것이 감마선 폭발급의 파괴력을 지니게 될 가능성이 있다고 한다. 간단히 말해 도착 지점을 설정해서 날아갔는데 도착하니 워프의 부작용으로 도착지점에 있는 것들이 폭발로 날려가버려 없어진다는 것이다.
5. 물리적인 어려움
또한 알큐비에르 드라이브에서 요구되는 공간의 팽창을 만들어 내려면 음의 에너지 밀도(negative energy density)가 필요하며, 일부 물리학자들은 이에 대해서 에너지 조건(energy conditions)들을 무시하므로 존재할 수 없다는 비판을 제기한다. 에너지 조건들 중에는 가설의 영역으로 남아있는 것도 있지만 아직까지 음의 에너지 밀도란 것은 목격조차 되지 않았다.
6. 현황
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만약 워프가 실제로 실현된다면 육안으로 보일 상상도. 해당 상상도는 스페이스 엔진이라는 프로그램을 활용하여 만든 듯하다.
미국의 태양계 내와 성간공간 진출에 대한 연구를 수행하고 있는 '''Eagleworks'''라는 NASA 존슨우주센터 내 태스크 포스의 해롤드 화이트 박사의 연구 보고서에 의하면, 연구팀은 화이트-주데이 워프장 간섭 측정기라는 장치를 이용해 워프의 기본이 되는 공간 왜곡의 존재를 확인하는 실험을 진행 중이라고 한다. 2013년 발표한 연구결과로는 고에너지 레이저를 이용하여 극미세 공간에서 시공간 왜곡을 검출하기는 했으나 이게 외부 간섭이나 측정오차에 의해 발생한 건지 실제로 시공간 왜곡현상이 일어난 건지는 확실치 않다(inconclusive)고 한다. 또한, 박사는 예전의 연구결과들과는 다르게 상술한 것과 같은 부작용은 '''충분히 피할 수 있다'''고 주장하고 있다.
그들의 계산에 의하면 워프 버블의 특성을 각 우주선에 맞게 최적화할 수 있다면 예전에 추정되었던 것보다 훨씬 적은 에너지를 이용하여 반경 10m의 공간을 광속의 10배 정도의 실질 속도를 달성할 수 있을 것이라고 주장하고 있다. 다만, 이를 위해서는 '''이종물질'''(Exotic Matter)[11] '''500kg'''가 필요하다고 한다. 문제는 이 이종물질이라는 것이 그저 수학적으로 설명한 것 만으로도 노벨 물리학상을 수상할 정도로 미지의 물질이라는 것.
만일 이것이 만약 정말로 실현된다면 지구에서 4.37광년 떨어진 알파 센타우리계를 '''2주 만'''에 갈 수 있는 속도이다. 스타 트렉 설정대로면 워프 4.5 정도의 속도다.
2013년 6월 26일에 미국의 천체물리학자 에릭 데이비스(Eric Davis)는 워프는 더 이상 공상과학소설이 아니며, 워프 항법은 지구멸망에 대비하기 위해서라도 반드시 개발해야 하는 기술이라고 주장했다.
2014년 6월 13일, NASA 연구팀 Eagleworks의 화이트 박사가 워프 드라이브로 추진하는 우주선의 컨셉을 발표했다.
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컨셉아트에서 묘사된 우주선의 주위를 감싼 커다란 원통이 알큐비에레 워프 드라이브라고. 우주선의 이름은 스타 트렉의 USS 엔터프라이즈에서 따온 'IXS 엔터프라이즈'로 붙였다고 한다.
여담으로 영화 스타트렉:다크니스에서 이 우주선의 모형이 마커스 제독의 뒤쪽 서랍위에 우주항공의 역사를 대표하는 비행기/우주선 모형들과 같이 전시되어있다
[1] 멕시코의 이론 물리학자 미구엘 알큐비에레 박사 이름에서 따온 것이다.[2] 다시 말하면 상대성 이론을 포함한 정설로 받아들여지고 있는 모든 물리 법칙들에 위배되지 않는.[3] 언뜻 보면 기존 과학 이론에 위배될 거 같지만, 상대성 이론은 시공간을 '어떻게', 또 '얼마나' 휘게 할 것인가에 대한 제약은 없다. 쉽게 말해 우주공간에서 출발지에서 목적지를 향해 떨어진다고 생각하면 된다.[4] 예컨데 우주선.[5] 큰 파도 앞에서 서핑보드를 타고있는 서퍼를 생각하면 이해가 쉽다.[6] 워프버블.[7] 워프버블 내 공간.[8] 원문 - The vertical dimension represents how much a given volume of space-time expands or contracts in Alcubierre's model. Positive values red imply an expansion. When space-time expands behind a craft, it propels the ship forward.[9] 원문 Inside the warp bubble, neutral space-time would leave the ship undisturbed. Passengers would experience a gravitationally calm zero-G environment.[10] 원문 Negative values blue imply a contraction in space-time. The contraction balances the expansion of space-time as the bubble moves forward.[11] 질량이 음수이거나 허수인 물질 등을 통틀어 말한다. 질량-에너지 등가에 의해 이종물질은 위에서 말한 음의 에너지 밀도와 같다.