미국 워싱턴 주립대학의 연구원들이 중력에 반하는 ‘음의 질량’ 물질 생성에 성공했다고 한다! 이것이 무엇을 의미하는 것일까?
영화에서 등장하는 꿈의 기술이 ‘반(反)중력’이다. 이것이 현실에서 이루어질 날이 멀지 않았을지 모른다.
*신비한 성질
우선은 음의 질량에 대한 이미지를 상상할 수 있도록 과학뉴스 ‘사이언스 얼럿’의 기사를 참고해서 간단히 설명 하도록 하겠다.
고전역학에서 운동을 말할때 ‘뉴턴의 운동방정식’이라는 것이 있다. 간단히 말해 물체에 작용하는 힘이란 물체의 질량과 물체의 가속도의 곱이라는 것이다. 통상적으로 F=ma로 기술된다. (F: 물체에 작용하는 힘, m: 질량, a: 가속도)
음의 질량의 기묘함을 이해하기 위해서는 이 방정식을 조금 변형시켜 보면 알 수 있다. 뉴턴의 운동방정식을 a=F/m, 물체의 가속도는 물체의 힘을 물체의 질량으로 나눈 것이라고 바꾸고, 물체의 질량에 음의 질량을 대입하면 마이너스 가속도를 얻게 된다.
다시 말하면 음의 질량을 가지는 물체에 힘을 가하면, 예를 들어 손가락으로 밀거나 하면 밀린 방향과는 반대의 가속도를 얻게 된다는 것이다.
일상에서는 볼 수 없는 현상이지만 이론물리학에서는 음의 질량이 있느냐 없느냐는 큰 차이가 있다.
웜홀이나 블랙홀, 가상물질인 다크마타나 다크에너지 등의 존재 입증의 열쇠가 음의 물질에 숨겨져 있다고 믿는 학자들이 많다. 물론 그 비상식적인 성질 때문에 물리법칙을 깨트릴 가능성도 지적되어 왔지만 요번의 발견은 일반상대성이론과 모순되지 않으면서 음의 물질이 존재한다는 것을 실증한 쾌거이다.
*실험내용
그럼 연구팀이 어떤 실험을 한 것인지 내용을 간단히 보도록 하자.
연구팀은 우선 원소의 하나인 루비듐을 레이저로 절대영도 근사치까지 냉각시켰다. 이로서 보스-아인슈타인 응축 상태를 이끌어 냈다는 것이다.
이 상태의 입자는 고전물리학이 아닌 양자역학의 원리에 따라 파동과 같은 움직임을 시작하게 되고 양자효과가 거시적으로 나타나는 ‘초유동(superfluid)’ 상태가 된다.
그렇게 되면 액체가 용기의 벽면을 따라 밖으로 흘러 넘치거나, 원자 한 개가 통과 할 정도의 틈으로 침투하거나 하는 기묘한 현상이 일어난다.
문제는 이제부터 인데, 초유동 상태가 된 루비듐에 다시 레이저를 조사함으로써 원자의 스핀 방향에 변화를 주었다. 그러자 기묘하게도 루비듐이 음의 질량을 지닌 것 마냥 움직이기 시작했다는 것이다. 그 때의 상태를 연구에 참여한 교수가 흥미롭게 설명한다.
“힘을 가하면 반대방향으로 가속합니다. 마치 루비듐이 보이지 않는 벽에 부딪히고 있는 것 같았지요.”
교수의 연구성과는 미국 물리학 속보지 Physical Review Letters에 실렸고, 향후 각 연구기관에서 추가실험이 예정되었다고 한다.
이것이 진짜로 100% 입증되고 실용화 단계에 들어 간다면 우리가 외계의 기술이라 불렀던 반중력 즉, UFO의 개발도 가능해 진다는 것이다.
아무쪼록 살아 있을 때 그런 것들이 개발되어 구매할 수 있는 날이 오길 기대해 본다.