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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본론으로 들어가기 전, 이 글의 주제는 현실적으로 가능하다고 입증되어진 [회전을 통해 원심력으로 만들어지는 모조 중력]을 제외한 SF에 자주 등장하는 인공중력에 대한 글입니다.
제가 아는 유명 SF작품들은 일반적으로 인공중력 기술에 대해 깊이있게 들어가지 않습니다. 물론 이는 제가 아는 선에서 말하는 것이기 때문에 아닐수도 있습니다만, 중요한 것은, 이런 작풉들에서는 모든 선원들이 우주선 안에서, 비록 고립되어졌지만, 지구상에서와 같은 중력환경에서 생활할 수 있다는 겁니다. 하지만 이런 인공중력장치등에 대하여 깊이있게 생각하면 할 수록, 그 비중있는 설명이 없다는 것이 나름 이유가 있다고 보이는 데, 그것은, 이러한 인공중력장치들이 나름의 문제를 안고 온다는 데에 있습니다.
여기서부터 인공중력장치는 간단히 중력장치라고만 부르겠습니다.
먼저 들어갈 예는, 우주선 안의 물체에게 각각 [어떠한 아직은 발견되어지지 못한 물리의 법칙 혹은 아직 발견되어지지 않은 비접촉 힘]을 이용하여 원격에서 힘(force)을 가한다는 컨셉인데요.
이 사진을 보신다면, 문제가 무었이 될지 알 수 있습니다. 물리의 법칙중에 작용 반작용이라는 원리가 성립되어질것이라는 가정하에서의 예라고 볼 수 있습니다. 물론 이 가정은 자력이나 전기력도 이 법칙을 위배하지 않는다는 전례를 토대로 갖춘 것이구요 (레일건도 방동이 있듯이).
이러한 중력장치의 문제란 우주선 안의 물체가 많으면 많을수록 중력 장치, 그리고 우주선과 중력장치접촉부가 견디어내야 할 힘이 비례하여 증가한다는 것입니다. 이도 이 중력장치의 영향력의 범위를 제한할 수 있다는 가정하에 있는 겁니다. 만약 이 중력장치에게 그러한 기능이 없이 주변 모든 물체에게 거리의 반비례방식으로 힘을 가한다면 이 문제는 더 커집니다. 우주선이 해상함선보다 구조적으로 튼튼해져야 할 것이라는 것이죠.
물론 이 문제는 어느정도 해결이 가능합니다. 커다란 중력장치 몇개를 운용하는 대신, 여러개의 소형 중력장치를 운용하여 힘을 분산하면 되겠죠.
이 중력생성방식은, 지속적인 힘의 발생에 지속적인 에너지가 필요할 것인가, 그리고 필요하다면 효율은 얼마나 좋을까에 따라 얼마나 경재적일지가 결정될 겁니다. 만약 지속적인 힘을 발생하기 위해 지속적인 전기의 공급이 필요하다면 아무래도 비경제적이겠죠. 하지만 핵융합 같이 장기적으로 문제없이 발전을 할 수 있는 기술이 개발된다면 아래의 방식보다는 훨씬 신빙성 있어보입니다. 핵잠수함, 핵항모들도 경유없이 장기 운영할수 있는것을 고려한다면 말이죠.
아래는 가상의 천구를 생성하는 방식인데, 이것은 더욱 많은 문제를 가져옵니다.
어떠한 물리의 법칙을 이용하여 우주선의 아랬쪽에 가상의 질량덩어리를 만들어 그것으로부터 실제 중력을 생성한다는 컨셉이죠. 하지만 보다시피, 이러한 중력장치는 우주선이 지구위에 떠있는 효과를 내어야 하기에 지속적인 연료소모와 같은 문제점을 안고 옵니다. 거기에 더해, 지구와 비등한 힘을 발생시키려면, 이 가상천구는 지구와 비슷한 중력을 가지게 될 것입니다. 이것은 항성계 내에서의 사용을 힘들게 하는데요, 다른 행성들의 괘도에 지장을 줄 것이기 때문이죠. 이 가상천구가 다른 행성들의 중력에 끌어 당겨지지 않을거라는 비물리적인 가정을 한다고 해도 말입니다.
무추진제 추진이 불가능하다는 가정을 한다면(운동력 보존의 법칙에 위배됨으로) - 연료의 소모는 장기적 여행에 치명적일 수 있습니다.
물론 이 장치들은 어떠한 가정을 하느냐에 따라 말이 될수도 있고, 완전 불가능 할수도 있습니다. "가상천구같은것을 만들어 낼 정도로의 기술을 갖추었다면 이러한것들은 문제가 되지 않게 만들 기술도 있을것이다" 라고 말해도 뭐라할 수 없는 거죠. 하지만, 현재까지 발견되어진 물리의 법칙들을 토대로 본다면 이러한 기술들은 존재하기도 힘들고, 존재한다고 해도 문제가 너무 많아 사용하기는 불편하거나 힘들 것 이라고 생각해 봅니다.
우주선 진행방향과 가상천구 방향을 일체시키면 별도의 부스터는 필요없지 않을까 생각해 봅니다.
덤으로 미약하게나마 추진에 보탬도 되구요
또 생각해보면 우주선 일부에 인공중력 방향이랑 반대방향으로 힘이 가해지게끔 하면 별도 추진없이 힘균형은 맞춰질거 같기도 하고
근데 인공중력은 깊이 들어가보면 관성문제라던지 중력발생부와의 관계라던지 머리아픈게 많아서...
가상천구는 일정한 속력을 유지한다고 볼때, 반대로 부스터를 가해주지 않는다면 우주선은 가상천구를 통과했다가, 다시 가상천구의 중력의 힘으로 돌아와 다시 통과하고, 저항이 없는 우주에서 그것은 계속 반복되는 일종의 진자운동을 할것입니다. 중력의 방향이 지속적으로 바뀌는건 말할것 없구요. 생각하면 할수록 가상천구 방법은 여러모로 말이 안되는것 같긴 합니다. 아니면, 이렇게 해도 되겠군요. 우주선의 중심에 가상천구를 생성하여, 중력이 우주선의 중심을 향하게 하는 것이죠. 그렇다면 부스터가 필요 없겠네요.
중력은 속력이 아니라 가속으로 인해생깁니다.
즉 지속적으로 가속을 해야 중력이 생긴다는 말이죠.
추진방식으로는 지속적으로 원하는 중력을 얻는다는 건 거의 불가능합니다.
중력발생장치의 현실적인 형태조차 쉽게 정하기 힘드므로 첫 가정은 어떻게 될 거라 쉽게 말할 수 없습니다. 가령 스타트렉이라던가 데드스페이스 같은 물건들은 타일 형태로 그 타일 바로 위에 올라선 물체에만 중력을 적용시키는 방식이죠.
가상천구방식에서는 지구와 비슷한 중력이 생길 거라고 하셨는데...그림상으로 추진가속도에 대한 반작용으로 1G가 걸리는 것뿐이고 가상천구를 만들거나 가상의 질량이 생기거나 하지는 않습니다. 다른 행성에 심대한 영향을 끼칠 수도 없습니다. 그게 사실이라면 전투기 조종사가 콕핏에서 급선회하다 9G를 체험하면 지구에는 난리가 나겠죠. 좀 먼치킨적인 SF에서라면 우주선이 엄청나게 무겁지만 크기는 작은 물체를 탑재하고 거기서 나오는 중력으로 선내에 중력을 유지시킨다는 설정의 물건도 있지만...
추진을 통해 선내에 인공중력을 생성시킨다는 아이디어는 이런저런 SF 작품에서 꽤 많이 나옵니다. 1G가 아니라 0.2G 정도만 걸어줘도 최소한 무중량 상태보다는 낫죠. 사실 웬만한 스페이스 오페라의 우주선들은 그 정도 출력쯤이야 껌이긴 하지만 스페이스 오페라에서는 중력제어 따위 별 신경을 안 쓰는 고로. 이런 것들을 조합한 좋은 예제로...조비안 크로니클스의 우주선들은 거주구역을 자유로이 회전하는 원형 고리에 달아놓고 가속 안 할때는 고리를 돌려서 원심력으로 인공중력을 만들고 가속시에는 고리를 정지시키고 가속방향에 맞게 거주구역을 회전시켜서 선내 중력을 유지시킵니다.
님 저번에 한번 그림게시판에 올리신 댓글도 마음에 걸렸는데, 인터넷이니 만큼 의도를 명확하게 해주셨으면 좋겠습니다. 제가 님이 쓰신 글을 보고 비아냥거리는 것 일지도 모른다고 생각하는 것은 꼭 오해라고 할 수도 없습니다. 그에대한 증거는 님의 질문이 하는 가정에 있습니다. 마치 질문을 하듯이 끝에 물음표가 붙어있지만, 님의 질문의 가정부터가 저의 본문에서 이미 중심으로 둔 가정의 정반대라는 것에서부터 빈정거리는 식의 의도가 내포되어있다는 결론을 내릴 수 있습니다. 일단 [물리적 실재여부와 질량의 관계]는 이 글의 논재도 아닌데도 불구하고 말이죠.
주장이라면 "물리적으로 실재하지 않다면 질량은 없습니다." 질문이라면, "물리적으로 실재하지 않는다면 질량이 없지 않는가요?" 이런식으로 쓰는게 오해를 방지하는게 아닐까 싶습니다 (물론 님이 처음부터 비아냥 거리는 태도로 쓴 것이 아니라는 가정하에서 입니다).
님의 댓글을 질문으로 보고 대답을 드리자면, "아직까지는 모릅니다" 가 제가 아는 선에서는 제일 정확한 답변이 되겠습니다. 하지만 꼭 불가능하다고 볼 수도 없는게, 언젠가 Higgs-Boson 입자가 발견될지도 알지 모르는 것이고, 그렇다면 가상의 질량을 만들어 낸다는 것이 가능해 질 지도 모른다는 것이 아닐까 합니다.
전에 무슨 글이 비아냥 거리는 늬앙스로 읽혀졌을까 궁금해서 그림쟁이 게시판 가보니, 저격포랑 우주선원 그림 올리신 그분이시군요. 그때나 지금이나 딱히 비아냥 거릴 의도는 없었습니다. 그렇게 읽혀졌다면.. 의도치는 않았지만 죄송합니다.
1. '실재하지 않지만 가상의 질량'으로 인공중력을 발생시킨다는 아이디어 보다는 차라리 마이크로 블랙홀을 이용하는 방법이 더 이해하기 쉽지 않을까 싶네요. '인공중력'에 대해 그럴듯한 하드 SF 적인 설명을 붙이고 싶다면 당연히 '가상의 질량'은 어떻게 만들것인지도 준비하셔야 하지 않을까요? 그 설명 없이 '그런게 있어' 라고 할거면 복잡한 설명 필요없이 그냥 '중력패널'을 써도 될것 같습니다.
2. 우주선을 원구형 또는 원통형으로 만들고 그 중심에 '가상의 질량' 이든 마이크로 블랙홀이든 위치하게 하고 각 층을 양파처럼 층층으로 만들면 인공 중력 문제와 추친방향 문제는 해결 됩니다. 원심력을 이용한 인공중력과 달리, 이 방법을 쓰면 우주선 중심이 바닥방향이 되겠죠.
3. 우주선 외부에 가상의 질량을 만들 수 있는 기술력이라면.. 그걸 인공중력으로 쓰는 것 보다는 추진방식으로 쓰는게 더 효율적 일것 같습니다. 우주선 진행방향으로 가상의 질량을 배치하면 우주선은 그쪽으로 끌려서 움직이겠죠. 윗댓글에는 우주선이 왔다갔다 하다 멈출것이라고 하셨는데, 가상의 질량이 우주선이 만들어낸 중력원이라면 중력쪽으로 가까와 지기전에 중력원을 끄고 다시 먼위치에 발생시키는 방식(이걸 아주 빠르게) 하거나 우주선이 발생시킨 '가상의 질량'과 일정거리를 유지하는 방식으로 운용하면 끊임없이 한쪽으로 진행할겁니다. 이 경우에 우주선 외부의 질량으로 우주선이 진행하니 우주선 내부는 무중력 효과가 날테니 우주선내 인공중력은 다른 방법을 찾아봐야 겠군요.
1. 3. 번에 대해 본문에 이미 한번 언급을 했습니다. 그렇기 때문에 님의 말이 비아냥거림으로 해석을 하기가 쉬운겁니다.
"물론 이 장치들은 어떠한 가정을 하느냐에 따라 말이 될수도 있고, 완전 불가능 할수도 있습니다. "가상천구같은것을 만들어 낼 정도로의 기술을 갖추었다면 이러한것들은 문제가 되지 않게 만들 기술도 있을것이다" 라고 말해도 뭐라할 수 없는 거죠." 이렇게 본문에 씌여져 있습니다. [미래에 어떤기술이 어떻게 될지 모르기 때문에] 라는 것은 이미 멍석을 깔아 놨다는 거죠. 그리고, 저는 "그런거 있어" 식으로 말하지 않았습니다. "그런것이 있다면, 그리고 사용한다면" 의 식으로 말했습니다. 아직 실제로 있는것이 아닌 것을 있다고 가정을 하는 두는 것이기 때문에 굳이 그런 양자역학적인 세세한것 까지 설명을 할 필요는 없다고 생각합니다. 일단 "컨셉"이라는 단어에 그것은 내포되어있는 뜻이라고 생각하구요.
2.번은 처음에는 생각을 못해냈지만, 다른 댓글에 썻습니다. 그리고 블랙홀도 검고 event horizon 을 넘어가면 물리의 법칙이 이상해진다는것등을 제외하면 다른 천구들과 다를바가 없고 질량이 있는것이기 때문에, 지구 수준의 중력을 내려면, 지구 질량의 지름 1cm의 블랙홀이 필요할 겁니다. 지름이야 뭐든, 일단 질량이 지구만큼 되기때문에, 이 블랙홀을 우주선에 실으면 일단 가속하는데에도 지구를 가속하는 만큼의 에너지가 필요하겠죠. 실재하는 질량을 사용하면 이러한 문제가 생기기 때문에, 저는 가상의 질량이라는 가정적 장치를 사용한 겁니다.
저도 물리학에 조예는 없습니다만 제가 이해하는 중력은 이렇습니다.
중력 렌즈 현상에서 보듯이 중력은 공간을 휘게 만듭니다. 중력이 강할 수록 공간은 더 많이 휘고 블랙홀이 그 절정이겠지요.
공간이 휘는 것은 중력이 영향을 미치는 부차적인 현상으로 볼 수도 있지만 공간이 휘는 것 자체가 중력이 인력으로 작용하는 근본원인이라고 볼 수 있지 않을까요?
즉 어떤 이유에서든 공간을 펴면 중력을 무력화 할 수 있고(반중력) 반대로 공간을 굽힐 수 있다면 인공중력을 발생시킬 수 있다고 생각하는 것입니다.
즉 우주선안의 생활 공간만 굽힐 수 있다면 방향성 있는 인공중력을 구현할 수 있지요.
물론 굽혔다고 해서 몸이 찌그러질 정도로 심하게 굽혀졌다는 것은 아닙니다. 오직 기계만 알아차릴 수 있도록 살작 굽혀진 것이죠.
물론 빛도 이 굽혀진 공간을 따라 진행하므로 인간의 인지능력으로는 절대 알 수 없겠지만요.
역시 그냥 돌려야죠.
거대한 도넛형 우주선은 로망이지 말입니다?