상대론이 틀린 것이라면 광속 로켓을 만들 수 있을까?

현재의 물리학 이론에서 상대론은 모든 물체가 빛보다 빨라질 수 없다고 이야기합니다. 그렇기 때문에 로켓이 광속에 다다르기 위해서는 우주의 전 에너지를 소모하더라도 불가능해 집니다. 이는 상대론에 의하면 당연한 것으로, 광속에 가까이 갈수록 우주선의 질량이 늘어나서 광속이 된 우주선은 질량이 무한대가 됩니다. ^^;

그렇다면 광속에 조금 못 미치는 속도인 아광속까지 우주선을 가속하는 것은 가능할까요??
우주선의 질량이 증가하지 않아서, 또는 기술이 아주 발전해서 광속의 99.9%까지 속도를 낼 수 있다고 가정해 봅시다. 그렇다면 어떻게 될까요? 우주와 우주선은 각각의 상대좌표계를 사용하므로 여행하는 사람의 느낌은 크게 달라지지 않을 것입니다.

오늘날 우주선을 우주로 쏠 때 문제가 되는 것은 30~40 km/s정도의 속력으로 날아다니는 우주먼지들이 우주선에 계속해서 부딪힌다는 것입니다. 우주먼지는 크기가 몇 ㎛로 아주 작지만 속도가 빠르기 때문에 현미경으로 봐야만 보이는 흔적을 우주선의 유리창이나 몸체에 남깁니다. 파괴력도 굉장히 강합니다.

속도가 아주 빠른 자동차의 진로에 야구공을 살짝 던져 넣으면 야구공은 자동차 유리창을 산산조각 낼 수 있습니다. 자동차의 속도는 기껏해야 200 km/h 정도이겠지요.. ㅎㅎㅎㅎ
만약 광속의 99.9% 속도로 움직이는 아광속 우주선의 진로 안에 하나의 모래알갱이가 있다고 생각해 봅시다. 이 모래알과 우주선은 광속의 99.9% 속도로 부딪히게 됩니다. 광속의 99.9%에 다다르면 모래알 한 알이 우주선에 미치는 충격은 정지해 있는 자동차에 수백톤짜리 바위덩어리가 떨어져 내리는 것과 비슷할 것입니다. 우주먼지처럼 모래알갱이보다 작은 것들이 있다고 하더라도 그 충격은 대단할 것입니다. 과연 저 충격을 견뎌낼 수 있는 우주선을 만들 수 있을까요??? 아니 충격에 견딜 수 있다 하더라도 비행이 가능할까요?
우주 안에는 모래알보다 훨씬 더 큰 물질들도 엄청나게 많이 있을 것입니다… 며칠 전에 인도네시아 북 술라웨시 섬 인근에서 10m로 추정되는 운석이 낙하했습니다. 이런 정도 크기의 운석도 아광속으로 비행하면서 찾기는 거의 불가능할 것입니다.

수많은 운석의 충격 (출처 : Nasa)

결국 광속 우주선을 제작하는 기술을 갖춘다고 해도, 결코 그 우주선을 타고 우주로 나갔다가 되돌아 올 수 없을 것입니다.
물론 운이 무지무지 좋아서 아주 작은 먼지에도 부딪히지 않고 되돌아올 수 있는 사람도 있을 수도 있습니다. 인류 모두가 한 대씩 우주선을 타고 여행한다면 그 중 몇 명 정도는 되돌아 올지도 모릅니다.

결국 우주선 기술이 한없이 발전한다고 해도, 우주선이 갖는 속도의 한계는 물리학 때문이 아니라 안전상의 이유로 제한받을 것입니다. 그래서 상대성이론이 틀려서 물질들이 광속을 돌파할 수 있다고 해도 우주선은 광속을 넘어설 수 없습니다.

영화 <인디펜던스 데이>에서 지구를 처들어온 외계인의 우주선은 방어막으로 둘러싸여 있습니다. 영화감독이 방어막을 설정한 이유를 알 수는 없지만, 우주공간을 여행하기 위해 우선 개발되어야 할 꼭 필요한 기본기술이 아닌가 생각합니다.

9 thoughts on “상대론이 틀린 것이라면 광속 로켓을 만들 수 있을까?

  1. 그런 로켓이 가능한 시대가 온다면 창과 방패의 이야기처럼 무언가 그 로켓을 날릴수 있는 방법 – 말씀하신대로 방어막이라든가- 을 찾지 않겠나 합니다..^^
    예전에 민해경이라는 가수가 서기 2000년이 오면이라는 노래를 부르던 기억이 나는데, 그렇게 광속로켓이 가능해지는걸 볼 수가 있을까요? ㅎㅎ

  2. 속도가 증가될수록 질량은 증가되니 아무리 미세한 물질이라도 강력한 힘을 지니게 된다는것이군요.[아니 질량이라고 해야하나…]

    어쨋든

    아광속까지 가능하다면 그 이전에 보호막을 만들수있지않을까 생각해요.

    함선을 장으로 둘러싼다던가…

  3. 우주의 평균 밀도를 생각해보면 ….(5 m^3마다 수소분자 하나 정도..)….잘 피해가면 되지 않을까요…^^.. 아닌게 아니라 장거리 우주선 아이디어 중에 커다란 원반 같은 것을 우주선 앞에 달고 우주공간의 물질을 포획해서 에너지원으로 사용한다는 글을 읽은적이 있네요…^^

    1. 우주의 평균 밀도는 세제곱미터에 수소분자 1개 정도이긴 하지만 그건 어디까지나 평균이고, 대부분은 뭉쳐있는 영역과 텅 빈영역이 있죠. 텅 빈 영역을 지나간다면 문제가 없겠지만 뭔가 뭉쳐진 곳을 지나갈때는 문제가 될겁니다. -_-;

      평균의 오류에 빠지면 안됩니다. 표준편차(분산)도 생각해야돼요…;;;

    2. 근데, 우주를 생각하면 수소분자라기보다 수소원자라고 생각해야 할 것 같습니다. H2가 되는 건 압력이 그래도 꽤 높을 때니까요.
      누군가 계산한 것에 의하면 수소원자를 포집해서 핵융합하는 우주선은 소비하는 에너지가 더 많기 때문에 불가하다는 결론을 얻었다고 하네요.

  4. 대충 계산해 봤는데, 광속의 99.9%면 운동에너지가 질량의 20배 정도 되는군요.
    즉, 질량이 20배 정도 늘어난다는 겁니다.

    모래알 20개 맞아봐야…ㅋ
    (구멍은 나겠죠. 빠르니까 -_-;;;)

    1. 실제로 계산하는 건 귀찮아서 안 해봤는데 직접 계산해 주셔서 감사~ ^^
      근데 단순 질량의 증가만으로 생각할 수 없는 거 아닌가요? 운동량이나 에너지 계산하면 좁은 면적에 강한 힘이 가해질테니 ㄷㄷㄷ한 수준인데…. ㅋㅋ

    2. 네, 뭐, 모래알 밀도가 20배 늘어나는 셈이니까 총알 맞은 것보다 훨씬 충격이 강할 겁니다.
      모래알 20개 맞아봐야…라고 써놓고 다시 생각해보니, 머리에 총맞은 느낌이겠더라구요 -_-;;;

    3. 모래알 밀도가 5 정도라면 밀도 100인 물체가 날아가는 것인가요? 그것도 30만km/s의 속력으로…. (이건 순전히 뉴턴역학으로 생각하고 있네요. ㅎㅎㅎ)

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