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반중력

last modified: 2015-04-10 00:38:11 Contributors

Anti-gravity. 反重力.

Contents

1. 중력을 무시하거나 약화시키는 힘
2. 중력과 반대되는 힘
2.1. 실제로 반중력으로 취급되는 힘


1. 중력을 무시하거나 약화시키는 힘

일반적으로 반중력이란 외부의 영향에 의하여 중력의 규칙이 적용되지 않는 상황을 말하며, 전형적인 SF적 착상이다. 헬륨풍선처럼 단순히 공중에 뜨는 것보다는, 대개 전자기장 등을 이용하여 중력을 제어하는 복잡한 장치를 가정하여 반중력 장치라 부른다.

일반상대성이론에서의 중력은 전통적인 의미에서의 '힘'이 아니라, 우주 자체의 기하학의 결과이다. 이런 기하학상의 풀이방법은 대개의 경우 '끌어당기는 힘'을 낳는다. 하지만 질량이 음이거나 아래에서도 설명하겠지만 음의 압력이 매우 클 경우에는 '밀어내는 힘'이 생길 수 있다. 따라서 일반상대성이론의 우주에서도 특정 조건 하에서는 SF 등에서 흔히 볼 수 있는 반중력은 실현할 수 있다.

하지만 실제로 일반적으로 인정된 물리적 이론들과의 일치 여부, 실험을 통한 입증 여부 등을 고려할 때 관성을 이용한 것이 아닌 학술적 의미의 반중력은 이론적으로는 존재 가능해도 실험적으로 증명되지 않았다.

또한 현재 일반상대성이론을 보강하거나 대신하려는 매우 많은 이론이 있고 이 과정에서 반중력과 연관된 주장들도 나타나고 있으므로 만에 하나 이러한 시도들이 새로이 중력에 대해 완전히 알아내고 증명할 수 있다면, 비행기가 왜 뜨는지 증명 된 후에 현재의 형태의 비행기가 나올 수 있었던 것처럼, 반중력의 새로운 가능성이 열릴 가능성도 있다.

한편 일부 SF에서는 실제로 중력에 반하는 힘이 아님에도, 일반상대성이론에 대한 특정한 풀이방법을 기반으로 반작용이 없도록 가정한 추진력을 일컫는 데 반중력이라는 용어를 사용하기도 한다.

2. 중력과 반대되는 힘

모든 것을 밀어내는 힘을 뜻한다.
중력 자체가 물체의 질량에 비례하는 것이기에, 그 반대의 이러한 힘이 존재하려면 음의 질량을 가지는 물체가 필요하다. 이에 따라 질량을 가진 모든 것을 밀어내는 척력의 성질을 가지고 있는 물질을 반중력 물질이라 부른다. 그러나 음의 질량을 가진 물질은 이론적으로 고찰되었어도 실제로 발견된 적은 없다.

반중력은 웰스의 소설인 《달세계 최초의 인간》에 나온 반중력합금 케이배릿이 그 시초이며, 의외로 많은 사람들이 간과하기 쉽지만 초공간도약과 함께 우주 배경 SF를 가능하게 만드는 양대 데우스 엑스 마키나다. 실제로 초공간도약이 없었다면 SF의 배경이 태양계를 벗어나기 힘들었을 것이며, 반중력이 없었다면 고작 지구 중력권을 벗어나는 데만도 쌩고생을 했을 것이다.

과장이 아니라 우주를 배경으로 한 작품 치고 반중력의 개념을 도입하지 않은 것이 드물 정도다. 반중력의 개념만 집어넣어도 너무나도 많은 부분이 간단해지는 것이, 행성이나 항성 중력권에서의 이착륙이나 비행을 매우 쉽게 처리할 수 있기 때문이다. 현실에서 우주선을 운용할 때 가장 위험해 사고도 많이 나고 에너지 또한 많이 소모되는 때가 바로 발사(이륙)와 재진입(착륙)때다. NASA 등의 수많은 과학자들이 수십년째 머리를 싸매는 것도 이착륙때 드는 에너지가 너무 크기 때문이며, 수백 톤 짜리 로켓의 무게의 대부분은 연료와 산화제가 차지하고 있다. 그만큼 지구의 중력이 어마어마한 걸림돌이라는 것이다.

그렇기 때문에 반중력의 개념만 도입하는 순간 그대로 SF가 실현된다. 수천 미터짜리 공중전함이나 우주전함의 이착륙도 껌이다. 챌린저호콜럼비아호 같은 사고 염려도 없다. 이착륙시 양력 얻을려고 날개때문에 머리싸매지 않아도 되고 날개가 없으니까 기체, 함선 모양도 자유롭고 그냥 두둥실 띄우고 두둥실 착륙하면 되니까.

이 때문에 작가들도 양심에 찔렸는지 조금 신경은 쓰였는지, 너무 큰 우주선은 대기권(정확히는 중력권) 항행이 안된다거나 하는 식으로 제약을 집어넣는다. 대표적으로 헤일로 시리즈UNSC 함선들이나 스타워즈의 몇몇 대형 스타 디스트로이어들. 물론 작중 기술의 발전으로 최신 함선은 가능하다는 것도 빼놓지 않는다.

UFO는 반중력으로 비행한다고 상상되는 존재이다.

초전도체가 만들어내는 현상이 겉보기에 반중력과 비슷하다고 하지만 초전도체는 어디까지나 자기장을 완벽하게 밀어내는 것일 뿐 중력과는 아무 상관없다.

현재 반중력이나 그에 비슷한 것에 관해 수많은 가설에 연구와 실험이 계속되고 있으나 아직 실체는 불명. 반중력을 가지는 물질을 만드는 것 역시 시도는 계속되고 있으나 위에서 서술한 것처럼 아직 이러한 물질은 발견되지 않았다.

음모론으로 반중력은 실제로 존재한다는 것이 밝혀졌으나 군사적인 이유로 숨겨지고 부정되어 왔다는 설이 나돌고 있지만 현실은 일류 물리학자들조차도 "반중력이라는거 보고 싶어요. 이론하고 안 맞는 실험이나 현상이 관측되면 과학이 한 걸음 더 발전할 수 있는 거니까요."라는 반응. 이는 과학을 까는 헛소리에 대한 완벽한 대답이기도 하다. 과학은 절대적이지 않다느니 과학도 허점투성이라느니 하는 말이 있는데 과학은 원래 절대적인 게 아니다. 다만 인간의 영향을 받는 학문이라는 건 어느 정도 사실이다. 토머스 쿤 참조.

스타워즈의 대부분의 함선, 전투기들은 우주공간에선 이온엔진을 사용하지만 행성 중력권 내에서는 반중력 엔진을 주로 사용한다. 스노우 스피더와 같이 반중력 엔진 장착해 중력권 내에서만 비행 가능한 기체들도 있다.
하쿠레이 레이무의 비행은 중력을 무시하는 것. 그러니까 반중력이다. (이 경우에는 1번)
브로켄 백작의 머리는 반중력 비행.
겟타로보의 겟타 윙은 반중력을 발생시켜 비행한다.
도라에몽의 도구중 대나무 헬리콥터 역시 반중력으로 비행한다.
던전 앤 파이터 마도학자의 스킬 중 반중력 기동 장치가 있다.
드래곤볼에 나오는 탑승물 중 추진기관이 묘사되지 않는 모든 탈 것은 다 반중력 엔진을 탑재한 것이라고 한다.
초인동맹에 어서오세요의 초인 라이트 세이버는 능력자체가 반중력이다.
마리오 카트 8의 카트들은 반중력 기능을 가지고 있다. 바퀴를 돌려서 호버크래프트를 연상시키는 카트로 변환해서 반중력으로 달릴 수 있다.

2.1. 실제로 반중력으로 취급되는 힘

우주를 계속 팽창시키는 공간의 힘, 즉 암흑에너지를 반중력으로 규정하는 경우가 있다.

예를 들어 최근 개정된 고등학교 물리1에서도 나오게 되는 인플레이션 이론[1]의 가속팽창은 '끌어오는 중력'이 아닌 '밀어내는 중력'으로서 인플라톤의 암흑에너지가 작용한 현상이다.

아인슈타인의 일반상대성 이론에 따를 경우 중력은 질량과 에너지(열)에만 좌우되는 것이 아닌 압력에도 영향을 받을 수 있으나, 현재 우주에서는 실재할 수 없는 조건, 즉 일반적으로 무시할 수 없을 정도로 크고[2] 아름다우며 안쪽으로 작용할 경우에만 중력이 척력으로 작용한다. 여기서 주의할 것은 중력과 압력은 서로 연관되어 있으나 서로 개별적인 특성으로 이해해야 한다는 것이다.

헌데 관측 결과, 실제로 암흑에너지로 불리는 힘이 현재에도 계속해서 중력에 반해 우주를 팽창시키는 일종의 반중력 효과를 내고 있는 것으로 결론되고 있다. 암흑에너지는 아인슈타인이 말한 우주상수와 동등하게 여겨지고 있으며, 진공에너지가 암흑에너지가 일 것으로 보고 있다. 하지만 계속되는 관측분석을 보면 허블상수와 언제나 일치하지는 않는 등 아직까지는 암흑에너지의 작용이 불분명하며 존재여부도 애매한 면이 있다.

이론적으로 암흑에너지는 우주 전역에서 존재하여 팽창을 유발하는데 우주공간이 팽창할수록 브레이크 역할을 하는 천체 및 암흑물질의 인력 효과가 감소하는 반면에 암흑에너지는 공간상에 계속 존재하므로 우주는 가속팽창하게 되며, 가속팽창 자체는 허블상수로서 관측되고 있다.
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  • [1] 혹은 급팽창 이론이라고 부른다.
  • [2] 현 우주공간에서 실재할 수 있는 일상적인 물질의 한도에서 압력에 의한 중력은 사실상 무시해도 될만큼 작다.