우주선 앞의 공간을 수축하고 뒤의 공간을 팽창시켜 빛보다 빠르게 이동하는 알쿠비에레 워프 드라이브. 1994년 제안된 이 이론적 추진 방식은 음의 에너지라는 난제에도 불구하고 초광속 여행의 가능성을 보여줍니다. 오늘은 "알쿠비에레 워프 드라이브, 시공간을 휘어 빛보다 빠르게"에 대해서 살펴보겠습니다.
상대성이론의 허점
아인슈타인의 특수상대성이론은 명확하다. 빛보다 빠를 수 없다. 광속이 한계다. 질량이 있는 물체는 절대 도달 못 한다. 에너지가 무한대 필요하다. 우주 여행이 제한된다. 가까운 별도 수십 년 걸린다. 알파 센타우리는 4.37광년이다. 빛의 속도로 가도 4.37년이다. 현실적 속도면 수만 년이다. 인간 수명으론 불가능하다. 성간 여행은 꿈일 뿐이다. 하지만 허점이 있다. 일반상대성이론이다. 중력은 시공간을 휜다. 질량이 주변을 왜곡한다. 블랙홀이 극단이다. 시공간이 극도로 휜다. 빛도 빠져나오지 못한다. 반대도 가능할까. 시공간을 인위적으로 휠 수 있을까. 1994년, 멕시코 물리학자 미겔 알쿠비에레가 답했다. Miguel Alcubierre다. 워프 드라이브 논문을 썼다. 'The warp drive: hyper-fast travel within general relativity'였다. 일반상대성이론 안에서 초광속을 제안했다. 핵심은 간단하다. 우주선 자체는 안 움직인다. 공간이 움직인다. 앞쪽 공간을 수축한다. 뒤쪽 공간을 팽창한다. 우주선이 파도를 탄다. 시공간 파도다. 공간 자체가 이동한다. 빛보다 빠를 수 있다. 특수상대성을 안 어긴다. 국소적으론 광속 이하다. 우주선 주변만 본다. 정지해 있다. 하지만 먼 곳에서 본다. 빛보다 빠르게 간다. 공간이 움직이니까. 스타트렉의 워프 드라이브였다. SF가 현실 이론이 됐다.
알쿠비에레 워프 드라이브
알쿠비에레 드라이브는 워프 버블을 만든다. 우주선을 감싼다. 구형이다. 내부는 평평하다. 시공간이 왜곡 안 됐다. 우주선이 안전하다. 승무원이 중력을 안 느낀다. 관성도 없다. 가속이 순간적이다. 몸에 무리 없다. 버블 경계가 핵심이다. 앞쪽은 공간을 수축한다. 목적지가 가까워진다. 뒤쪽은 공간을 팽창한다. 출발지가 멀어진다. 버블 전체가 이동한다. 속도에 제한이 없다. 이론적으론. 10배 광속도 가능하다. 100배도 된다. 안드로메다까지 며칠이다. 250만 광년이다. 수학은 복잡하다. 아인슈타인 장방정식을 푼다. 시공간 곡률을 계산한다. 에너지-운동량 텐서가 나온다. 여기서 문제가 시작된다. 음의 에너지가 필요하다. Negative energy다. 질량이 음수다. 일반 물질은 양수다. 중력으로 끌어당긴다. 음의 에너지는 반대다. 중력으로 민다. 반중력이다. 시공간을 반대로 휜다. 이게 필요하다. 워프 버블 앞쪽에. 얼마나 필요할까. 원래 계산은 엄청났다. 목성 질량이었다. 음의 에너지로. 불가능했다. 1999년, 크리스 반 덴 브룩이 개선했다. Chris Van Den Broeck이다. 버블 모양을 바꿨다. 안은 크다. 밖은 작다. 에너지가 줄어든다. 태양 질량 정도다. 여전히 크다. 2012년, NASA 해롤드 화이트가 재계산했다. 진동하는 버블을 제안했다. 더 줄어든다. 목성 위성 정도다. 500킬로그램이다. 현실적이다. 하지만 여전히 문제다. 음의 에너지가 존재할까. 양자역학에 있다. 카시미르 효과다. 두 금속판 사이다. 진공 에너지가 줄어든다. 판이 끌어당긴다. 음의 에너지다. 실험으로 확인됐다. 하지만 극히 미약하다. 대량 생산이 불가능하다. 이국적 물질이 필요하다. Exotic matter다. 음의 질량을 가진다. 아직 발견 안 됐다. 이론적으로만 존재한다.
실현 가능성과 대안들
알쿠비에레 드라이브의 문제는 많다. 첫째, 음의 에너지다. 어떻게 만들까. 어디서 구할까. 카시미르 효과로는 부족하다. 새로운 물리가 필요하다. 양자 진공을 조작한다. 실험이 필요하다. 둘째, 에너지 집중이다. 버블 경계에 모인다. 얇은 껍질이다. 밀도가 극단적이다. 어떻게 제어할까. 안정적으로 유지할까. 기술이 없다. 셋째, 버블 생성이다. 우주선이 만든다. 하지만 정지 상태에서다. 일단 만들면 빠르게 간다. 만들기 전에 어떻게 움직일까. 모순이다. 해결이 필요하다. 넷째, 정지 문제다. 목적지에서 어떻게 멈출까. 버블을 해제한다. 하지만 외부와 통신 불가다. 버블 안과 밖은 인과적으로 단절됐다. 밖에서 신호가 못 들어온다. 목적지를 어떻게 알까. 미리 설정한다. 자동이다. 하지만 위험하다. 다섯째, 호킹 방사다. 스티븐 호킹이 지적했다. 버블 앞쪽에 입자가 쌓인다. 계속 가속되며 모인다. 멈출 때 방출된다. 고에너지 방사선이다. 목적지를 파괴한다. 치명적이다. 대안이 연구된다. 2021년, 에릭 렌츠가 제안했다. Erik Lentz다. 양의 에너지로 워프를 만든다. 솔리톤을 쓴다. 파동 덩어리다. 시공간을 왜곡한다. 음의 에너지 없이. 하지만 에너지가 엄청나다. 태양 질량보다 많다. 비현실적이다. 알렉시 보브릭도 연구했다. Alexey Bobrick이다. 물리적 워프 드라이브를 분석했다. 2021년 논문이다. 결론은 비관적이다. 실현 불가능하다. 현재 물리 법칙으론. 하지만 이론적으론 가능하다. 물리 법칙을 안 어긴다. 공학 문제다. 아주 어려운. 수백 년 걸릴 수 있다. 수천 년일 수도. 하지만 가능성은 있다. 인류가 언젠가 만들까. 모른다. 음의 에너지를 발견할까. 불확실하다. 새로운 물리가 나올까. 기대한다. 알쿠비에레 드라이브. 시공간을 휘어 빛보다 빠르게 간다. SF의 워프 드라이브다. 이론적으로 가능하다. 하지만 실현은 요원하다. 먼 미래의 꿈이다. 별까지 순식간에 가는 날을 상상한다.