SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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출처:
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_vacuum_plasma_thruster
양자진공플라즈마추진기는 양자진공의 요동을 이용하여 우주선을 추진시키는 이론상의 심우주 추진기이다.
해당 추진기를 장착한 우주선은 따로 추진체를 실어야 할 필요가 없다.
현재 NASA 존슨우주센터 연구진이 이 추진기를 연구 중에 있다.
연구진의 주장에 따르면, 양자진공플라즈마추진기는 진공에서 발생하는 양자진공요동을 일종의 '추진체'로 사용한다.
양자진공요동의 존재여부는 이미 입증된 상태이다.
이제 남은 것은 양자진공요동이 우주선 추진에 사용될 수 있는가하는 점이다.
양자진공플라즈마추진기에 적용되는 운동방정식 및 전자유체역학의 원리는 기존 플라즈마추진기의 그것과 동일하다.
하지만 양자진공플라즈마는 양자진공요동으로 인하여 발생하는 입자들을 추진체로 사용한다는 점에서 기존 플라즈마추진기들과
다르다.
양자진공플라즈마추진기에서는 먼저 양자진공요동으로 인하여 발생한 입자를 전기적으로 이온화시킨 다음,
이온화된 해당 입자(플라즈마)를 전자기장에 노출시켜 전자기장의 직교방향으로 힘을 가한다.
기술적인 관점에서 본다면 양자진공플라즈마추진기는 플라즈마를 배출하여 추진력을 얻는다는 점에서
무반응추진기(Reactionless Thruster)가 아니다.
그러나 해당 추진방법을 사용할 시 우주선에 따로 추진체를 싣고 다닐 필요가 없다.
현재까지의 양자진공플라즈마추진 실험결과는
추진력 1000–4000 μN, 비력 0.1 N/kW, 그리고 비추력 ~1x10^12 s 이다.
현재 연구진은 2006년에 제작된 양자진공플라즈마추진실험용 견본의 성능을 높여
입력전력 0.3~3kW0.1~1N의 범위 내에서 0.1~1N의 추진력을 가지는 양자진공플라즈마추진기의 제작을 목표로 하고 있으며,
또한 국제우주정거장을 통하여 우주 공간에서 양자진공플라즈마추진기를 실험하는 방안을 관련부처와 논의중이다.
사진 1. 2006년에 제작된 양자진공플라즈마추진실험용 견본
사진 2. 양자진공플라즈마추진기의 작동원리
워프 이론보다 훨씬 더 실현가능성 있는 이론으로 알고 있는데
하여튼 실험이 검증되고 위 견본들이 실체화되서 더 작게 매우 작게 만든 다음 추력이 낮더라도 이 작은것들을 매우 집약해서 추진한다면
아주 혁명이 일어나겠군요
추진체 없이 추진력을 얻는 것이 신기하네요.
플라즈마로 추진력을 얻어서 무반응 추진기는 아니라니...
투입된 에너지를 아주 약간 질량으로 바꿔서 작용-반작용 추진력을 얻는 건가요? 이부분이 이해가 잘 안가네요.
양산된다면 진짜 혁명이겠군요!
자자, 그럼 스타트랙 드라마 시리즈에서 보여지는 나셀 추진기가 현실이 되어가는 것인가요?
워프 엔진 시스템과는 달리 나셀 추친체는 임펄스 추진에 맟추어진 것으로 아는데...[내가 잘못 알고 있는건가?]
흥미가 생겨서 찾아봤습니다ㅋ
1. Woodward 효과와 MLT(Mach-Lorentz Thruster)
어떤 마법의 벽돌을 상상해 봅시다. 이 벽돌은 저절로 질량이 커졌다 작아졌다를 반복합니다. 이제 스케이트보드를 타고, 이 벽돌을
줄에 묶습니다. 그리고 벽돌이 무거워졌을때 뒤로 던지고, 가벼워졌을때 줄을 끌어당겨 다시 가져옵니다. 그렇게 하면 공짜 추진력을
얻을 수 있다는 것을 쉽게 생각할 수 있습니다. 문제는, 이 '마법의 벽돌'을 어떻게 만드냐는 거지요. 사실 그냥 질량이 변하는 벽돌은 쉽게 만들 수
있지만(질량-에너지 등가에 의해 벽돌에 에너지를 넣었다 뺐다만 해도 만들어지지요), 그런 벽돌은 운동량 보존 법칙을 어길 수 없기
때문에 아무리 던졌다 끌어당겼다 해봐야 제자리입니다. 우리가 필요한건 운동량 보존을 어길 수 있는 (정확히 말하면 '어길 수
있는 것처럼 보이는') '마법의' 벽돌입니다.
이제 여기서 Woodward 효과(Mach 효과라고도 합니다. 특히 이 효과를 제안한Woodward 본인이 Mach 효과라는 용어를 선호하더군요ㅋ)가 등장합니다. 이 효과가 뭐냐면, 만약 어떤 물체가 그 물체를 제외한 나머지 우주 전체에 대해 가속을 하게 되면, 그 물체의 정지질량이 변화한다는 겁니다. 왜 그렇게 되는지는 일반 상대성 이론과 관련된, 제 머리로는 이해할 수 없는 이유들이 많이 있으니 생략합니다. 어쨌든, 중요한건 이 효과를 응용해서 마법의 벽돌을 만들면, 신기하게도 벽돌을 던졌다 당겼다를 반복하니 진짜로 추진력이 생깁니다! 얼핏 보면 운동량 보존을 어기는거 같지만, 사실은 그렇지 않죠. 그 이유는 Woodward 효과가 '나머지 우주 전체'에 대한 상대적인 가속과 연관되어 있는 점에서 찾을 수 있습니다. 즉 벽돌과 스케이트보드를 탄 우리의 운동량만 생각하는게 아니라, 나머지 우주 전체의 운동량도 함께 고려해야 합니다. 얼핏 보기에 스케이트를 탄 우리는 운동량 보존 법칙을 어기고 공짜 운동량을 얻은것 같지만, 사실 그 '나머지 우주 전체'의 운동량까지 합하게 되면 운동량은 여전히 보존됩니다. 역시 자세한건 일반상대성이론과 관련된...(생략)
이효과는 1990년 Woodward에 의해 처음 제안되었고, 실제로 이 효과를 응용한 추력기(MLT라고 합니다)가 실험을 통해
증명된 것은 2006년입니다. 본문에 나온 2006년의 실험이 바로 그것이지요. 본문에는 QVPT(양자진공플라즈마추진기)
실험이라고 나와있지만, 사실 MLT에 대한 실험입니다. 실제 논문을 뒤져봐도 아예 '양자'라는 단어 하나조차 없더군요. 실험
내용을 보면, 일단 어떤 물질 결정에 진동하는 전기장과 자기장을 적절히 걸어줍니다. 그러면 그로 인해 결정 안에 있는 이온 역시
진동하게 되지요. 그런데 이온이 진동한다는건 곧 가속된다는 뜻이니 이 이온은 우리의 '마법의 벽돌' 역할을 하게 됩니다. 그리고
외부에서 같이 가해주는 자기장과 이온의 진동이 결합하면 로렌츠 힘을 만들게 되고, 어찌어찌 잘 조절하면 이 로렌츠 힘의 총합이
0이 아닌 값을 가지도록 할 수 있습니다. 대충 이야기하면, 이온의 질량이 작을 때 로렌츠 힘이 전방을 향하게 하고 질량이 클 때 로렌츠 힘이 후방을 향하게 하는 식이지요. 질량이 작을 때는 가속도가 크고, 질량이 클 때는 가속도가 작으니 전방 가속도와 후방 가속도가 상쇄되지 않게 됩니다.
2. QVPT
그런데, 2009년 NASA의 Sonny White는 새로운 가설을 제안합니다. 사실 Woodward 효과는 두가지가 있는데, 첫번째 효과에 비해 두번째 효과가 굉장히 작기 때문에 두번째 효과를 무시하고 첫번째 효과만 고려한게 위에서 한 설명이지요. 하지만 Sonny가 주목한 것이 바로 두번째 효과입니다. 이 두번째 효과에 진공 요동이 어쩌고 동적 카시미르 효과가 어쩌고 (생략)을 결합하면 진공 그 자체를 이용해 추력을 낼 수 있다는게 가설의 요지였지요.
찾아보니 2013년에 관련된 실험도 했더군요. 평범한(?) 플라즈마 추력기를 가지고 여차여차해서 실험을 했더니 기존의 고전이론으로는 설명할 수 없는 효과가 관측되었으며, 이게 자신이 주장한 가설과 연관이 있을수도 있다는 내용인듯 합니다.
3. 기타등등
사실 이게 굉장히 기똥찬 아이디어이기는 하지만, 근본적인 장벽을 넘을 수는 없습니다. 바로 빛의 속도이지요. 따라서 MLT로는 잘해봐야 행성간 추진에밖에 쓰지 못합니다. 물론 며칠만에 목성까지 날아가는 정도만으로도 굉장히 어마어마한 발전이기는 하지요.
그
런데 Woodward 효과에는 재미난 특성이 있는데, 바로 질량의 변화를 잘 조절하면 음의 질량을 만들어낼 수도 있다는겁니다.
그런데 이 음의 질량이란게 워프 드라이브나 웜홀을 실현하는데 곡 필요한 물질이라는게 요점이지요. 즉, 잘하면 행성간 여행 뿐만이
아니라 항성간 여행에까지 응용될 수 있습니다. 다만 아직 이 음의 질량에 대한 가설이 과학적으로 증명되지 않았기 때문에 어디까지나
가설로만 남아 있긴 하지만요.
흠 흥미로운데
궁금한게 자신은 가만히 있는데 우주전체/시공간장 자체가 이동하니
실제론 이동하는것과 다름이 없다는것인데
이럼에도 정보의 속도에 영향을 받는건지..
시공간 그 자체에 작용하는 이야기로 보이는데 이것이 매우 강력하면 정보의 속도제한에 영향을 안받는
자기는 가만히 있어도 시공간 그 자체가 빛의 속도보다 빠르게 이동하게 될테니 이론대로 작동한다면 FTL이 가능할것 같은데..
왜 빛의 속도를 넘을수 없는지에 대한 설명은 없었나요?
웜홀이나 음의질량과 양의질량을 잘 배치해서 시공간장 자체를 경사지게 만들어서 실제 우주선의 속도가 0이어도 파도위의 서핑보드처럼 시공간 자체가 움직여인다는 왈큐레 드라이브였나? 그런것들 등등
시공간 자체를 이용하는 기술들은 실질적으로 광속의 제한보다 더 짧은 시간에 훨씬 더 멀리까지..
광속만 가능하더라도 시간자체의 제한이 사라져 우주 끝까지도 갈수있으니
(빛은 시간의 영향을 안받으므로 빛 의 입장에선 빅뱅이나 지금이나 우주의 종말이나 다 같은 현재인 상태니)
시공간 자체를 이용한 기술들은 마찬가지로 부가 조건들만 만족한다면 얼마든지 우주 끝도 볼수있을 기술들인데..
마찬가지로 시공간을 이용한다는 이론같은데.. 그냥 '자신을 제외한 모든게 이동해서 어쨎든 이동한거임ㅋ"란 비유는 비유일뿐 실제 작동방식은 좀 다른건가;
이 글에는 왜 댓글이 하나없지 ㅠ 헥사님 이 양자진공추진이 그럼 이론에 머물고있는게 아니라 모형이 있다는 말이 실현됬다는 뜻인가요? 위 견본으로 봐서는 추력이 있다는거 같은데 비록 아직 매우 약하겠지만 맞나요?