지식보관소_ 영화에 나오는 반물질 엔진이 실제로 가능할까??

 

 

소설 <천사와 악마>에서는

반물질 폭탄이라고 하는

듣도 보도 못한 강력한 폭탄이 등장합니다.

 

천사와 악마는 세른에서 만든 반물질이 도난을 당하게 되고

주인공인 로버트 랭턴은 이 반물질을 되찾기 위해서

범인의 단서를 추리해 나가는 스릴러 소설인데

이 책에서 나오는 반물질 폭탄은

고작 1g이 핵폭탄만큼 강력한 위력을 가진 폭탄인 것으로 묘사가 됩니다.

 

 

그러면 반물질은 무엇이고

어떻게 이런 에너지를 낼 수가 있을까요?

 

반물질은 말 그대로 입자와 반대되는 성질을 지닌 물질입니다.

정확히는 입자라고 말할 때

가장 작은 단위를 원자라고 부르는데

원자의 원자핵을 구성하는 최소 단위인

쿼크 같은 소립자들로 이루어져 있습니다.

 

이런 소립자들은 단 세 가지 성질만으로 구성이 되는데요.

바로 질량, 전하, 스핀이라고 하는 세 가지의 요소로

이 세상에 있는 모든 물질이 정의가 되게 됩니다.

 

이 중에 반물질은

질량이나 스핀은 일반적인 물질들과 동일한데

전하량만 반대인 물질을 의미합니다.

 

우주에 존재하는 모든 물질은

빈공간으로 이루어져 있습니다.

 

예를 들어

상암 월드컵 경기장이 원자라고 한다면

원자핵은 고작 월드컵 경기장 한가운데에 있는

파리만큼이나 작을 것입니다.

그리고 이 원자 가장 바깥쪽에서 전자가 존재하는데

전자는 모래알갱이보다도 작겠죠.

이 경기장에서 파리와 모래알을 빼고는 전부 다 빈공간입니다.

 

사실 물질 전체가 이렇게 빈공간이나 마찬가지인데도 불구하고

우리의 몸이 막혀 있는 곳을 통과하지 못하는 이유는

바로 전하 때문입니다.

 

자석의 같은 극이 서로 밀어내는 것처럼

원자의 가장 외곽에는

-전하를 가진 전자가 있기 때문에 서로를 밀어내게 되고

이 밀어내는 힘은 서로 가까워질수록 강해지는데

너무 강해서 더 이상 가까워질 수가 없을 때

우리는 ‘부딪혔다’라고 이야기를 합니다.

 

결국 손바닥 위에 물건을 올리고 있거나

자동차에 충돌하는 사고를 당했을 때

실제로 원자들끼리 부딪힌 게 아니라

원자 끝에 있는 전자끼리 서로 밀어내는 힘이 너무나도 강해져서

물질의 구조가 붕괴가 된 것이죠.

 

결국 이렇게 같은 극끼리 서로 밀어내는 반발력으로 인해서

이 세상의 구조가 유지가 되고

원자 내부에 있는 이런 빈공간이 유지가 되게 됩니다.

 

하지만 만약 나머지 물리량은 모두 다 동일한데

전하량만 다른 물질이 있다면 어떻게 될까요?

 

원자 내에 빈공간이 유지가 되는 건

원자 간에 서로 밀어내는 전자기력 때문인데

전하량이 반대인 물질이 일반적인 물질과 만나게 되면

두 물질 간의 빈공간은 모조리 사라질 겁니다.

 

물질이라는 것은 사실상 빈공간, 그 자체를 의미하기 때문에

빈공간이 사라지게 되면

결국 물질의 질량이 사라지는 것이죠.

 

이렇게 질량이 사라지면

상대성이론에 따르면

질량은 에너지와 상호호환이 가능하기 때문에

사라진 질량은 전부 다 에너지로 변환이 되게 됩니다.

 

결국 물질들과 전하량이 반대인 물질이

일반적인 물질과 만나게 된다면

두 물질의 질량은 모두 다 사라지게 되고

어마어마한 에너지가 발생하게 됩니다.

 

수소폭탄은

전체 질량에서 에너지로 전환된 질량은 0.5%도 안 되지만

어마어마한 폭발력을 낸다는 것을 생각해 보면

반물질을 이용해서 폭탄을 만들게 된다면

수소폭탄보다 수백 배가 넘는

어마어마한 그런 에너지를 만들어내게 되는 것이죠.

 

 

그렇다면 과연 반물질은 존재할까요?

이제 슬슬 소름 돋는 이야기를 하자면

현재 강입자 충돌 실험으로

반물질을 충분히 만들 수가 있습니다.

 

수소이온을 광속에 가깝게 가속을 시켜서

서로 충돌을 시키게 되면

엄청난 에너지가 발생을 하는데

에너지는 질량으로 변환이 되기 때문에

이 에너지 거품 속에서 소립자들이 생겨나게 됩니다.

 

문제는 이때 생겨나는 소립자들은

물질과 반물질, 두 종류의 물질이

비슷한 비율로 생겨난다는 겁니다.

 

아무것도 없는 빈공간에서 물질들이 생겨나는 것이죠.

아무것도 없는 공간에서 물질이 생겨난다?

이는 마치 우주가 처음에 대폭발로 인해서 모든 물질이 생겨나게 되었다는

빅뱅이론과 매우 비슷합니다.

 

따라서 양성자의 충돌로 빈공간에 물질들이 생겨나게 되는 이런 실험을

빅뱅 실험이라고도 부릅니다.

그리고 빅뱅 실험으로 보면

우주가 생겨났을 때는

물질과 반물질 모두 다 생겨났을 것으로 생각하고 있습니다.

 

아무튼 중요한 것은

반물질이 실제로 만들 수도 있고

만들어진 반물질을 엔진으로 사용을 하게 되면

이전에 핵폭탄의 에너지를 엔진으로 이용하려고 했던

오리온 프로젝트와 비교도 안 되는 효율로

엔진을 만들 수도 있을 것입니다.

 

반물질 엔진을 만들 수가 있다면

항성간 우주여행을 충분히 할 수가 있을 것이고

이런 상상력만으로 스타트렉을 포함한 수많은 SF소재에서

반물질 엔진이 등장하게 됩니다.

 

그런데 실제로 반물질을 만들 수가 있다면

반물질 엔진을 실제로 만들면 되지 않을까요?

 

하지만 반물질 엔진을 만들기 위해

사소한 문제들이 존재하는데

현재 세른에서 한 번 충돌로 만들어지는 반물질의 입자는

많아봐야 수천만 개의 소립자에 불과합니다.

 

이 속도로 반물질 1g을 만들기 위해서는

대략 천억년 정도가 필요합니다.

거기에다가 반물질 1g의 가격은 7경원에 달한다고 합니다.

문제는 이 반물질의 가격이 7경원이 나온 건

1g을 만들 때 사용되는 전기세만을 고려한 것이죠.

 

요약하면

현재 기술로 1g의 반물질을 만들려면

수천 억 년이 걸릴 수가 있고

그동안 사용되는 전기 에너지의 가격만 7경원에 달합니다.

그리고 반물질이 만들어진다고 해도

이런 반물질을 보관하는 것조차 굉장히 까다롭죠.

얘네들이 물질과 닿으면 쌍소멸을 하기 때문에

완전한 진공용기에 넣어서 자기장으로 가둬둬야 하는데

당연히 이런 게 쉽지 않습니다.

 

하지만 그럼에도 불구하고

이론상 가장 많은 에너지를 낼 수 있는 건

반물질 엔진입니다.

 

이러한 반물질 엔진이 개발이 되는 건

쉬운 일이 아니지만

만약 만들어진다면 사용법은 간단합니다.

 

반물질을 추력을 내기 위한 방향으로 방출을 시켜서

물질과 쌍소멸을 시키면 됩니다.

물론 반물질의 위력이 어마어마한 만큼

굉장히 작은 질량을 반응시켜야 합니다.

 

또한 우주는 진공이죠.

진공이라고 해도 아주 작은 밀도로 입자들이 존재하긴 하는데

태양계가 속한 은하의 로컬버블의 밀도는

1cm^3당 0.5개의 입자가 존재하는데

반물질로 이런 밀도의 입자를 맞추는 것은 쉽지가 않으므로

반응을 시킬 입자도 연료탱크에 가지고 다녀야 합니다.

 

그럼에도 반물질 엔진이 만들어진다면

가장 가까운 항성인 알파 센타우리까지

6~10년이면 도착이 가능할 것으로 생각이 됩니다.

 

실제 영화 아바타에서

판도라 행성까지 가는 데 사용된 벤처스타라는 우주선은

영화 설정상, 반물질 엔진을 사용한 것으로 되어 있고

광속의 70%까지 가속이 가능한 그런 우주선입니다.

 

제가 <아바타>가 굉장한 영화라고 생각하는 이유는

벤처스타가 이동하는 데 상대성이론의 효과까지 적용을 했을 뿐만이 아니라

판도라 행성까지 인간이 가야 하는 이유들까지

굉장히 그럴듯하기 때문입니다.

 

반물질 엔진이 개발이 된다면

무엇보다 반물질을 보관을 하는 것이 굉장히 중요할 텐데

진공용기에다가 자기장으로 보관을 해야 되는 만큼

상온 초전도 물질이 필수 요소 중에 하나입니다.

 

그리고 영화 아바타에서는

판도라 행성에 언옵티늄이라는 상온 초전도체 물질이 있고

당연히 이것은 엄청나게 비싸게 팔리기 때문에

그곳으로 가서 벌어지게 되는 인류의 이야기를 다룹니다.

 

결국 언젠가 반물질 엔진이 만들어질지도 모르지만

만들어진다면

영화 <아바타>에 나오는 것처럼

알파 센타우리를 인류가 방문하게 될 것으로 생각이 됩니다.

그럼 이만.