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2015년 07월 07일 08시 21분 KST | 업데이트됨 2015년 07월 07일 08시 21분 KST

인류가 '인터스텔라' 여행을 하기 위한 선결과제(진지주의)

이 행성에 발이 묶인 우리 인간이 어떻게 하면 인터스텔라 종이 될 수 있을까? 인간의 모든 노력을 다 아우르는 일이고, 정말로 우리가 인터스텔라 종으로 거듭나려면 행성간을 여행 할 수 있게 해줄 추진 물리학이 필수적이다.

인터스텔라 추진을 실현하는 방법에 대한 굉장히 많은 아이디어들이 경합을 벌이고 있다. 화학 로켓, 이온 추진, 원자력 엔진, 태양 돛, 원자 폭탄 펄스 폭발, 반물질 드라이브, 소형 블랙홀, 워프 드라이브 등등이 있다.

이런 아이디어들을 전부 꼼꼼하게 살펴본다면 어떨까?

수학이 너무나 정교해져서 이제 무엇이든 수학으로 증명할 수 있다고 선언한 고 모리스 클라인 교수의 객관성과 용기를 기려, 나는 인터스텔라 문제를 해결하는 접근을 '클라인 준거틀'라고 이름 붙였다.

클라인 준거틀은 인터스텔라 여행을 하려면 우리가 용감해지고, 다른 사람들이 탐험하지 않은 것을 탐험하고, 다른 사람들이 찾지 않을 것을 찾고, 다른 사람들이 바꿀 엄두를 내지 못하는 것을 바꿔야 한다고 가르친다.

다섯 가지 분야에서 우리 지식의 한계를 넓히고, 새로운 방법과 기술과 연구를 옹호하고, 현재 상태를 바꾸도록 노력해야 한다. 다섯 분야란 (1) 법적 정당성 (2) 안전 의식 (3) 경제적 채산성 (4) 이론적-실증적 관계 (5) 기술적 실현 가능성을 말한다. (역자주 : 이 글은 쉽게 얘기하면 행성간 이동을 하는데 있어 생길 수 있는 어려움에 대한 고찰이다.)

법적 정당성: 법의 보호를 받을 수 있나?

내가 아는 사람 중 최초로 법의 한계를 시험한 사람은 에로스 프로젝트의 그레고리 W. 네미츠 씨이다. 네미츠는 433번 소행성 에로스의 소유권을 주장하며, NEAR 슈메이커 우주선의 주차와 보관 비용으로 NASA에 2만 달러를 청구했다.1967년의 우주 천체 조약을 잘못 해석했다는 이유로 NASA는 지불을 거부했다. 2004년 4월 26일에 미국 지방 법원 하워드 맥키븐 판사는 이 소송을 기각했다. 우리는 이 점에 주목해야 한다. '모든 국가들의 이득을 위한' 우주에서의 상업 활동에 다른 정부들이 세금을 부과하려고 하면 어떻게 막을 것인가?

안전 의식: 승무원들과 지구는 안전한가?

새 추진 시스템이나 스타 드라이브에 대한 아이디어를 제안하느라 흥분해서 서두르다 보면 안전 문제를 간과하기가 쉽다. 아이리쉬 천문학 저널 6권 299페이지의 E. J. 오픽의 글을 인용하겠다. '인터스텔라 여행은 가능한가? 반물질 로켓의 배기력은 지구가 받는 태양 에너지와 같을 것이며 전량이 감마선일 것이다.' 그리고 오픽은 칼 세이건의 1963년 저서 '행성 우주 과학' 485페이지와 498페이지를 인용한다. '그러므로 문제는 탑승객과 화물을 보호하는 게 아니다. (반물질 로켓의 배기력으로 부터) 지구를 어떻게 보호하느냐가 문제이다.'

경제적 채산성: 현실적으로 이득이 있나?

우주 탐사의 경제적 채산성은 CFO와 회계사들이 풀 수 있는 회계 문제가 아니다. 이 경우 경제적 채산성은 물리학과 공학의 문제다. 예를 들어, 지구에서 가장 가까운 별인 알파 센터우리까지 가는데는 119조 달러가 든다. 2001년 세계 GDP의 23배다.

이론적-실증적 관계: 가설이 실증적으로 유지 가능한가?

아직 증명되지 않은 이론적-실증적 관계의 좋은 예로는 끈 이론이 있다. 이론가가 'c'(빛의 속도)의10^32배 속도가 가능하다고 주장했을 때 모리스 클라인 교수가 했던 말을 기억하자. 오해하지 말길 바란다. 수학은 과학의 진보에 있어 필수적이지만, 현실 세계의 실험적 증거를 거쳐야 한다. 그렇지 않으면 그냥 추측에 불과하고, 인터스텔라 추진 기술을 위한 우리의 탐색의 발을 묶는다.

그 역도 똑같이 옳다. 이론적 근거가 없으면 실험의 진보도 별로 일어나지 않을 것이다. 포드클레트노프의 중력 차단 실험이 좋은 예다. 포드클레트노프가 실험 결과를 발표한지 20년이 지났지만, 실험적 진전은 전혀 없었다. 내 추론으로는 제안된 이론적 설명 중 관찰 결과를 모두 아우르는 것이 하나도 없었기 때문에 미래의 실험 방향을 제시할 수 없었다는 게 그 이유일 것이다.

기술적 실현 가능성: 될까?

현실적이고 유한한 시간(편집자 주 : 인간의 수명) 안에 기술적으로 실현 가능하느냐가 문제다. 기술적 실현 가능성은 채산성의 문제로 돌아간다. 미래에 가능한 기술을 개발하는 것은 기술적 실현 가능성과 경제적 채산성 사이를 반복해서 오가는 과정이다. 지구를 떠날 사람을 어떻게 고를지 고민할 필요없이, 별들까지 갈 수 있게 될 때까지 말이다.

클라인 준거틀을 적용해보면, 경쟁하는 기술들을 제거하는 빠른 방법은 인터스텔라 챌린지 매트릭스를 만들어서 각 추진 기술의 장단점을 비교하는 것이다.

알큐비에르 타이프의 워프 드라이브의 타당성이 없음이 입증된 이래, 현재 인터스텔라 추진을 가능케 하는 물리학 이론은 존재하지 않는다. 이 추진 물리학 이론을 만들기 위해 나는 2012년에 물리학 가설과 이론들을 3가지 종류로 구분했다. (1) 타입 1: 밀레니엄 이론 (2) 타입 2: 100년 이론 (3) 타입 3: 공학 가능 이론

타입 1: 밀레니엄 이론은 옳은지 틀린지 입증하는데 백 년 이상, 어쩌면 1천 년까지 걸릴 수 있다. 수학적으로 옳으나 물리학적으로 입증 가능한 실험으로 증명하기가 멀지 않은 미래에조차 어렵다. 끈 이론과 양자 중력 이론이 여기 속한다. 그 이유는? 우리가 4차원 시공간을 만들고 조작하는 방법조차 모르는데, 어떻게 5, 6, 9, 11, 23차원 우주를 만들고 조작하겠는가?

타입 2: 100년 이론은 만들고 시험하고 입증하는데 몇 십 년 정도 걸릴 기술로 입증할 수 있을 것으로 보이는 이론들이다. 지금의 공학적 해결책으로는 풀 수 없다. 공학적 해결책은 이론적으로는 가능하지만, 실험적, 혹은 물리적 이행을 완전히 이해하고 있지 못해 실제 실험이나 기술은 수십 년 후에 일어날 이론들이다.

타입 3: 공학 가능 이론은 오늘날의 공학적 해결책으로 풀 수 있다. 무엇을 테스트할 것인지, 이런 실험적 관찰로 어떻게 테스트할 것인지 알면 우리의 현재 공학 기술로 극복할 수 있다.

우리가 위에 열거한 '클라인 준거틀'(편집자 주 : 법적 정당성, 경제적 채산성 등)을 적용해 본다면 최선은 '공학 가능 이론'이고 최악은 '100년 이론'이 될 것이다.

우리는 비생산적일 가능성이 높은 이론적, 실험적 제안들을 빠르게 제거할 수 있는 도구를 가지고 있다. 그리고 상업적인 인터스텔라 추진 기술을 이끌어 낼 잠재력이 있는 것에만 집중할 수 있다. 2015년 DARPANSF 예산을 합치면 102억 달러가 넘기 때문에 미국에서는 돈은 문제가 아니다. 이 예산을 아주 조금만 추진 물리학에 배당해도 큰 진전이 있을 것이다.