은하 탐험 – 광속 초과(FTL)는 공상 과학일까?

진공에서 빛의 속도는 약 299,792km/s입니다. 약 11km/s라는 수치는 지구를 기준으로 한 아폴로 10호 같은 유인 비행의 속도로, 모든 인공 우주선의 최고 속도를 뜻하지 않습니다. 무인 탐사선은 태양을 기준으로 이보다 훨씬 빠르게 움직였습니다. 하지만 빛보다 빠른 이동이나 통신(FTL)을 구현한 기술은 아직 입증되지 않았습니다.

우주의 광대한 거리와 유인 화성 탐사 계획은 더 빠른 우주여행에 관한 연구를 자극합니다. 2023년 11월의 이론적 사전 공개 논문은 FTL 통신의 가능한 수학적 모형을 제안했습니다. 실제 통신 장치를 시연하거나 기술의 실현 가능성을 보장한 것은 아닙니다.

빛보다 빠른 통신에 관한 이론적 제안

로렌초 피에리는 논문 「Hyperwave: Hyper-Fast Communication within General Relativity」에서 통신용으로 반지름이 극히 작은 워프 버블을 제안합니다. 모형에서는 경로를 따라 미리 구축한 관 모양의 음의 에너지 분포인 하이퍼튜브가 버블을 가속하고 감속합니다.

이 제안은 미겔 알쿠비에레가 1994년에 기술한 워프 버블에 바탕을 둡니다. 버블 앞의 공간은 수축하고 뒤의 공간은 팽창합니다. 수학적으로는 국소적인 광속 제한을 넘지 않고도 유효한 초광속 변위를 만들 수 있습니다. 그러나 방정식의 해가 실제 장치의 제작 가능성을 입증하지는 않습니다. 이 모형에는 특별한 음의 에너지 밀도 분포가 필요합니다. 카시미르 효과는 양자장으로 인한 측정 가능한 힘과 관련되지만, 그 자체가 워프 엔진에 바로 쓸 수 있는 에너지 공급원은 아닙니다.

피에리는 우주선을 운반하는 대신 정보를 보내기 위한 작은 버블을 연구합니다. 반지름이 매우 작으면 모형에서 필요한 음의 에너지 총량이 줄어듭니다. 저자는 다음과 같이 설명합니다.

“…음의 에너지 총요구량은 번개 한 번에 담긴 에너지보다 작아지며, 원래 알쿠비에레 워프 드라이브보다 70여 자릿수 이상 낮아집니다.”

모형에서는 버블이 감속할 때 방출하는 고에너지 입자를 변조해 정보를 부호화할 수 있습니다. 이러한 FTL 통신 가능성은 여전히 이론적입니다.

하이퍼웨이브에는 기초 물리학의 문제와 큰 공학적 과제가 함께 남아 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 반지름이 극히 작은 워프 버블을 만들고 안정화하기
• 필요한 음의 에너지 밀도 분포를 구현하기
• 버블의 운동과 감속을 정밀하게 제어하기

이 논문은 흥미로운 연구 방향을 제시하지만, 필요한 에너지 분포를 만들 수 있는지 또는 인과성과 양자중력 문제가 해결되는지를 입증하지는 않습니다. FTL 통신이 언젠가 가능하다고 밝혀진다면 정보 전송과 우주 탐사에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

화성 탐사 임무

FTL 통신이 실현된다면 지연 시간을 줄여 화성 임무의 운영 방식을 바꿀 수 있습니다. 다음 가능성은 모두 가정입니다.

1. 더 짧은 통신 지연: 지구와 화성 사이의 신호는 거리에 따라 편도 약 3~22분이 걸립니다. 더 빠른 통신은 협력과 안전을 개선할 수 있지만, FTL이라고 반드시 즉각적인 전송이 되는 것은 아닙니다.
2. 더 직접적인 임무 제어: 지연 시간이 줄면 모든 조정을 미리 프로그램하는 대신 로버와 장비를 더 직접적으로 제어할 수 있습니다.
3. 더 빠른 비상 대응: 신속한 정보 교환은 예기치 못한 상황을 처리하고 사람과 핵심 장비를 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.
4. 과학 데이터 전송: 대기 시간이 짧아지면 분석과 연구 결과 발표를 앞당길 수 있습니다. 다만 지연 시간은 데이터 전송 용량이나 대역폭과는 다릅니다.
5. 행성 간 인터넷: 신뢰할 수 있는 네트워크는 지구와 화성의 데이터 공유와 협력을 개선할 수 있습니다. 긴 지연에 대응하도록 설계한 기존 통신으로도 행성 간 인터넷을 만들 수 있으므로 FTL이 필수 조건은 아닙니다.

이러한 이점은 FTL의 물리적 가능성이 입증되기 전까지는 추측에 머뭅니다. 당분간 화성 임무는 광속 제한 안에서 작동하는 통신 방식을 사용하게 됩니다.

고속 우주여행을 위한 개념들

FTL 통신이나 이동이 실현 가능한지, 가능하다면 어느 쪽이 먼저일지는 알 수 없습니다. 다음 아이디어들은 기술적 성숙도가 서로 다릅니다. 태양돛과 반물질 추진은 광속보다 느린 이동을 위한 기술이며, 워프 버블은 가설적인 수학 모형입니다.

태양돛: 이 추진 방식은 광자가 넓고 매우 얇은 반사면에 전달하는 운동량을 이용합니다. 고도화된 설계에서는 극도로 얇은 재료로 수km에 이르는 돛을 만드는 방안도 검토합니다. 추진력은 태양풍이 아니라 빛의 복사압에서 나옵니다.

미래형 태양돛을 표현한 상상도.

빛이 돛에서 반사되면 우주선에 운동량을 전달해 서서히 가속합니다. 이 추진력에는 추진제가 필요하지 않아 질량과 재급유 필요성을 줄일 수 있습니다. 우주선에는 여전히 전력과 제어·통신 시스템이 필요합니다.

태양돛의 작동은 이미 시연되었습니다. 강력한 레이저로 미는 방식 등 더 발전된 광자돛은 광속 이하의 항성 간 여행을 위해 연구되고 있습니다.

워프 버블: 일반 상대성 이론에 기반한 이 모형은 시공간의 변형을 기술합니다. 버블 앞의 공간은 수축하고 뒤의 공간은 팽창하며, 내부는 국소적으로 평탄합니다. 방정식에서의 유효한 초광속 변위는 실제 장치나 인과성 문제의 해결을 입증하지 않습니다.

가상의 워프 버블 안에 있는 우주선 상상도.

필요한 에너지 분포를 만들고 제어하는 일은 여전히 근본적인 문제입니다. 양자계의 음의 에너지 밀도는 단순히 발견되지 않은 화학 물질이 아닙니다. 작동하는 워프 버블에 필요한 양과 기하학적 형태로 이를 배치할 수 있다는 증거는 없습니다.

반물질 추진: 물질과 반물질의 쌍소멸에서는 질량이 에너지와 입자로 전환됩니다. 가상의 엔진은 높은 에너지 밀도를 제어해 추력으로 이용합니다. 광속의 상당한 비율에 도달할 수는 있겠지만, 이 방식으로 질량이 있는 우주선이 광속을 넘을 수는 없습니다.

가상의 반물질 엔진 상상도.

이 개념은 태양계 안의 여행 시간을 줄이고 항성 간 여행에 기여할 수 있습니다. 그러나 쓸 만한 양의 반물질을 생산·저장·취급하는 일은 매우 어렵고 비용도 많이 듭니다.

이러한 여행을 위해 물질·반물질 쌍소멸 에너지를 효율적으로 이용하는 실용 엔진은 아직 없습니다. 반물질 추진은 광속보다 느린 고속 우주여행을 위한 장기 연구 구상입니다.

주요 항공우주 기업

우주 기술의 발전에는 공공기관과 민간기업의 협력이 필요합니다. 아래 기업은 이 분야의 사례이며, 여기에 실렸다는 사실이 FTL 기술을 개발하거나 실현할 수 있다는 증거는 아닙니다.

*표의 수치는 2023년 기사의 역사적 시점 자료이며, 현재 가격이나 검증된 전망이 아닙니다. Boeing처럼 음수인 P/E는 이익 기반 가치평가의 의미 있는 지표가 아닙니다.*

상장 기업

1. Boeing Company

BA 가격 차트

Boeing은 여객기와 방위·우주·보안 시스템을 생산합니다. 2023년 기사는 시가총액을 약 1,580억 달러로 제시했습니다. 제품과 서비스에는 민간·군용 항공기, 위성, 무기, 전자·방위 시스템, 발사 시스템, 정보·통신 기술, 성과 기반 물류 및 교육이 포함됩니다.

2. Honeywell International Inc.

HON 가격 차트

Honeywell도 항공우주 분야에서 활동합니다. 2023년 기사는 시가총액을 약 1,350억 달러로 제시했습니다. 당시 사업에는 항공우주 제품과 서비스, 건물·주택·산업용 제어 기술, 고성능 소재와 기술이 포함되었습니다.

3. RTX Corporation

Raytheon Technologies는 2023년 7월 RTX Corporation으로 이름을 바꿨습니다. 기사는 약 1,160억 달러의 시가총액을 제시했습니다. 이 그룹은 민간·군·정부 고객에게 항공기 엔진, 항공전자, 항공기 구조물, 사이버 보안, 미사일, 방공 및 무인 시스템을 포함한 항공우주·방위 시스템을 공급합니다.

2023년 당시 비상장이었던 기업

SpaceX: 일론 머스크가 2002년에 설립한 Space Exploration Technologies Corp.는 이 기사가 나온 2023년에는 비상장 기업이었습니다. 현재 주가 위젯 (SPCX )은 이후 2026년 상장과 관련됩니다. 회사는 우주 운송 비용을 낮추고 미래의 화성 임무를 지원하려고 합니다. Falcon 1·Falcon 9·Falcon Heavy와 Dragon을 개발했으며, Crew Dragon은 우주인을 ISS에 수송했습니다. 2023년에는 미래의 행성 간 임무를 위한 Starship과 위성 인터넷 사업 Starlink도 개발하고 있었습니다.

Blue Origin: 제프 베이조스가 2000년에 설립한 이 회사는 우주 접근성을 넓히고 수백만 명이 우주에서 거주·근무할 미래를 지향합니다. 2023년 맥락에서 회사는 준궤도 우주 관광용 New Shepard를 개발했고 궤도 로켓 New Glenn을 개발 중이었습니다. 달 착륙선 Blue Moon도 계획에 포함되었습니다.

맺음말

더 빠른 통신과 우주여행에 대한 구상은 인류의 호기심과 열망을 보여줍니다. 워프 버블, 하이퍼웨이브 통신, 반물질 추진은 서로 다른 과학적 질문을 다루며 기술적 성숙도도 같지 않습니다.

FTL이 언젠가 물리적으로 가능하다고 밝혀진다면 그 영향은 클 것입니다. 현재로서는 가설입니다. 실제 우주 탐사는 알려진 물리 법칙 안에서 작동하는 기술을 통해 발전하고 있습니다.