우주의 왜곡된 공간에서는 추진제 없이도 변형을 반복하는 것만으로 이동할 수 있는 것으로 밝혀지다!

우주의 왜곡된 공간에서는 추진제 없이도 변형을 반복하는 것만으로 이동할 수 있는 것으로 판명!

우주공간에 버려진 우주인은 추진제가 없으면 아무리 손발을 발버둥 쳐도 앞으로 이동할 수 없습니다.

우주에서는 밟을 것이 아무것도 없으므로 이동(물체의 가속)이 일어나지 않는다는 것은 많은 사람들이 직관적으로 이해하고 있는 사실이며 뉴턴이 기술한 낡은 운동법칙의 기초 작용과 반작용이기도 합니다.

우주선이 추진제 없이 가속하지 않는 것도 작용(추진제 분출) 없이는 반작용(가속)을 할 수 없기 때문입니다.

하지만 미국 조지아공대(Georgia Tech)에서 진행된 연구를 통해 이 불가능하다고 여겨졌던 것이 우주 공간에서도 물체의 변형만으로도 전진할 수 있다는 것이 실증됐습니다.

다시 우주인에 비유한다면 통상적인 공간에서는 손발을 바둥거리는 '변형'을 하더라도 이동할 수는 없지만, 왜곡된 공간이라면 손발의 바둥거림 등 질량의 능동적 이동만으로도 헤엄치듯 이동할 수 있게 됩니다.

이 이론이 맞다면 중력 등에 의해 공간이 뒤틀려 있는 곳에서는 추진제가 없이도 우주선을 가속하는 것이 가능해질 것입니다.

갑자기 믿을 수 없는 말을 하고 있다고 생각하시겠지만, 이 실험의 기초는 21세기의 초두(2003년도)에 <Science>에 게재된 이론인 '장소가 왜곡되어 있을 경우, 물체의 형상 변화만으로 반작용 없이 이동할 수 있다'를 기초로 하고 있습니다.

참고로 이 이론을 실증한 조지아공대는 MIT (매사추세츠공대)에 이은 공대로 알려진 명문대입니다.

그러나 왜 공간이 왜곡되어 있을 때 반작용 없이도 추진할 수 있는 것일까요?

본 연구에 대한 자세한 내용은 2022년 7월 28일 자 <PNAS>에 게재되었습니다.

요약

• 우주의 왜곡된 공간에서는 추진제 없이도 변형을 반복하는 것만으로 이동할 수 있는 것으로 판명!
• 공간의 왜곡을 이용하여 추진제 없이 비상하는 놀이기구를 만들 수 있다

우주의 왜곡된 공간에서는 추진제 없이도 변형을 반복하는 것만으로 이동할 수 있는 것으로 판명!

우주의 일반 공간에서는 디딜 것이 아무것도 없으면 앞으로 나갈 수 없다

두말할 필요도 없겠지만 인간이 걷거나 물고기가 헤엄치거나 새가 날아서 이동할 수 있는 것은 주위에 땅·공기·물 등 마찰을 일으킬 수 있는 것들이 존재하기 때문입니다.

하지만 땅도 공기도 물도 없는 우주 공간에서는 인간도 새도 물고기도 바둥거리며 발버둥만 칠 뿐 결코 앞으로 나아가지 못합니다.

이 사실을 조금 한 문장으로 표기하면 '운동량의 교환 없이 가속은 일어나지 않는다.'가 됩니다.

운동량 교환이란 즉 인간이나 새의 근육이 땅이나 공기, 물과 작용하는 것과 그 반작용을 받아 이동하는 것을 의미합니다.

그러나 21세기에 와서 발표된 혁신적인 논문을 계기로 물리학자들은 이 상식이 왜곡이 없는 공간에 적응되는 것이며, 왜곡된 공간에서는 이론상 외부와의 운동량 교환 없이도 물체의 가속이 일어날 수 있음을 알게 되었습니다.

이 이론을 정확하게 이해하려면 복잡한 수식이 필요하지만, 자세히 말하자면 공간이 휘어져 있다는 것은 물체의 변형이 근소한 위치의 변화로 작용하여 물체가 자력으로 움직일 수 있는 힘이 될 수 있다가 맞을 것입니다.

그러나 2003년에 이론이 발표된 이후 현재에 이르는 20년간 이론의 실증은 진행되지 않았습니다.

큰 공간의 왜곡을 발생시키는 블랙홀 등이 근처에 있었다면 이론의 실증은 쉽게 이루어졌겠지만 안타깝게도 지구 부근에는 블랙홀이 존재하지 않았습니다.

그래서 이번에 조지아 공대 연구자들은 20년 전 발표된 이 이론을 실증하기 위해 왜곡된 공간을 재현하는 장치를 개발하기로 했습니다.

두 개의 아치형 구조가 뒤틀린 공간에서의 움직임을 재현하기 위해 사용되었습니다.장치는 중력이나 마찰 등 외부 환경의 영향을 최대한 배제하도록 설계되어 고안되었다.

실험에 있어서는 먼저 위의 사진과 같은 구체 표면에서의 이동을 반영하는 로봇이 개발되었습니다.

이 로봇은 2개의 암과 샤프트에 의해 중력과 마찰의 영향이 극한까지 제거됐으며 암에는 로봇의 변형(능동적 질량 이동)을 담당하는 모터가 설치돼 있습니다.

준비가 되자 연구자들은 모터의 스위치를 작동시켜 측정을 했습니다.

그러자 이론대로 결과를 얻을 수 있었습니다.

평평한 공간에 설치된 물체는 변형이나 회전을 해도 이동하는 것은 '불가능(impossible)'하지만 뒤틀린 공간에서는 '가능(possible)'해지고 점차 구면을 따라 십자부분 전체가 이동해 나갑니다.

곡면에 배치된 로봇이 모터에 의한 질량 이동(변형)을 일으키면, 마찰, 중력, 공기 저항 등 외부와의 작용 반작용으로 기인하지 않는 힘이 발생하며 로봇은 조금씩 구면을 따라 전진해 나갔습니다.

이 결과는 물체 주위에서 물체를 마찰시킬 수 있는 것을 배제한 조건 하에서도 물체의 반복적인 변형에 의해 이동이 실현되었음을 나타냅니다.

공간의 왜곡을 이용하여 추진제 없이 비상하는 놀이기구를 만들 수 있다

공간의 왜곡을 이용하여 추진제 없이도 날아가는 비행체를 만들 수 있다

이번 연구를 통해 공간의 왜곡을 반영한 현실세계 곡면에서 물체 외부와의 작용 반작용에 의존하지 않는 상황에서도 물체가 이동할 수 있음이 실증되었습니다.

연구자들은 이 기묘한 이동 원리를 이용할 수만 있다면 최종적으로 블랙홀 주위 등 공간의 왜곡이 큰 장소에서 추진제가 필요 없이도 이동할 수 있는 우주선을 개발할 수 있다고 말합니다.

다만 이번 연구결과에 대해서는 현재 긍정파와 부정파가 존재하고 있으며 최종 결론을 내리려면 보다 크고 정밀도가 높은 실험장치가 필요할 것입니다.

연구자들은 앞으로도 장치의 개량을 계속해서 새로운 운동법칙과 그 배후에 있는 이론의 유효성을 증명해 나갈 것이라고 합니다.

어쩌면 미래 세계에서는 지구의 중력이 생성하는 공간의 왜곡을 이용해서 추진 장치 없이도 하늘이나 우주를 이동하는 진짜 UFO 같은 놀이기구가 구현되어 있을지도 모르겠습니다.

관련 원문은 아래 링크를 참고하세요.

Robotic swimming in curved space via geometric phase



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