삼체와 과학 : 사실과 허구
넷플릭스의 ‘삼체’의 인기가 아직도 식지 않는듯 합니다. 이 드라마와 그 원작 소설은 여러 블로그와 유투브 채널을 통해 지속적으로 소개되고 있습니다. 그 인기는 넷플릭스를 넘어서 과학계에까지 이르렀습니다. 실제로, 국제적인 과학 저널인 ‘네이처’에서는 ‘삼체’와 관련된 과학적 대화를 공개했습니다. 이는 드라마 ‘삼체’에 배경이 되는 과학기술들을 설명하는 흥미로운 기사라 소개해 봅니다.
삼체의 과학 : 무엇이 사실이고 무엇이 허구인가?
삼체의 넷플릭스 TV 시리즈는 신비한 죽음과 잘못된 입자 물리학, 그리고 지구를 목표로 하는 외계인 샨티의 공격에 맞서 싸우는 영국 옥스퍼드 대학교 출신 다섯 명의 젊은 과학자들의 이야기를 다룹니다. 이 시리즈는 중국 작가 류츠신의 세 권짜리 소설 시리즈 “The Three Body”를 바탕으로 하며, 매우 과학적인 내용에도 불구하고 시청자들에게 큰 인기를 얻었습니다.
시리즈에서 언급된 몇 가지 과학적 요소는 다음과 같습니다:
- 양자 얽힘: 양자물리학의 현상 중 하나로, 서로 멀리 떨어져 있어도 두 입자가 서로의 상태에 영향을 미치는 현상을 말합니다. 이 이론을 통해 외계 문명이 인간을 감시하는 데 사용된다고 설정되어 있습니다.
- 혼란스러운 별의 공전: 이는 세 개의 별이 서로의 중력에 영향을 받으며 불규칙하게 공전하는 행성계를 지칭합니다. 이러한 현상은 현재의 천문학에서도 관찰되곤 하는데, 복잡한 궤도 운동을 연구하는 데 있어 중요한 대상입니다.
- 나노섬유로 다이아몬드 절단: 다이아몬드는 지구에서 가장 단단한 자연적 물질로 알려져 있습니다. 나노기술을 통해 만들어진 극도로 미세하고 강한 섬유가 다이아몬드보다 더 단단할 수 있다는 설정은 과학적으로 가능한 이론을 기반으로 하고 있습니다.
이런 과학적 요소들이 시청자들에게 어떻게 현실감을 주며, 희망적 사고를 얼마나 자극하는지에 대해 “Nature”지는 세 명의 실제 과학자와의 인터뷰를 통해 탐구했습니다.
자비에르 뒤뮈스크는 스위스 제네바 대학의 행성 과학자로, 세 개의 별이 공전하는 Alpha Centauri라는 천체계를 연구하고 있습니다. 유난 시아는 미국 조지아 공과대학교에서 재료 과학을 연구하는 학자로, 최첨단 나노기술을 연구해 왔습니다. 마트 켄지는 영국 캠브리지 대학의 입자 물리학자이며, “3 Body Problem”의 과학 고문을 맡았습니다.
켄지는 14년 전, 인기 판타지 TV 시리즈 “왕좌의 게임”을 촬영하던 중 제작자 데이비드 베니오프와 D.B. 와이스를 처음 만났습니다. 당시 켄지의 아버지가 그 시리즈의 사진 감독이었고, 베니오프와 와이스는 촬영장에서 켄지와 대화를 나누었습니다. 켄지는 “그때 저는 박사 과정 중이었는데, 그들이 제 논문 프로젝트에 관심을 보였습니다.”라고 회상합니다. 10년이 넘는 시간이 지난 후, 그들은 “3 Body Problem”에서 입자물리학에 관한 도움을 요청하는 이메일을 켄지에게 보냈습니다.
시리즈에서 과학자들의 묘사와 그들의 관계에 대해 어떻게 생각하시나요?
맷 켄지는 영화나 TV 프로그램에서 과학자들이 종종 고독한 천재로 묘사되는 것에 대해 지적했습니다. 그는 이런 표현이 현대의 연구 환경과는 거리가 멀다고 설명합니다. 실제로 많은 과학자들은 박사 학위를 같은 그룹에서 받아 서로를 잘 알고 친밀하게 지낸다고 합니다. 켄지는 물리학자들이 사회적으로도 매우 능숙하며, 큰 팀에서 협력하여 일하는 경우가 많다고 언급합니다. 성공적인 연구자는 의사소통 능력이 뛰어나야 하며, 자금을 지원받기 위해 사람들을 설득할 수 있어야 한다고 말합니다.
또한, 켄지는 TV 쇼에 여성 출연자와 다양한 인종적 배경을 가진 출연자가 많은 것이 현실적이지 않다고 지적하면서도, 옥스포드와 같은 곳에서는 물리학 졸업생의 대다수가 백인 남성이라는 점을 꼬집었습니다. 그는 이러한 다양성의 부족이 개선되기를 바라며, 더 다양한 모습을 보여주는 것이 긍정적인 변화를 이끌 수 있다고 생각합니다.
자비에르 뒤뮈스크는 물리학 박사 과정을 밟은 학생들 중 많은 수가 결국 기초 물리학을 하지 않고 다른 분야로 진출한다는 현실을 공유했습니다. 그는 자신의 박사 과정 친구들 중 대다수가 학계를 떠나 다양하고 흥미로운 일을 하고 있다고 말하며, 이것이 과학계의 일반적인 현실임을 강조했습니다.
샨티라는 외계인 종족이 등장하는 행성은 3체 알파 센타우리 시스템에서 발견되며, 이 시스템은 세 개의 별이 복잡하게 상호작용하며 공전하는 특성을 가집니다. 이러한 별들 사이에서 행성이 떠돌면서 겪게 되는 혼란스러운 존재는 행성의 기후나 환경에 매우 불안정한 변동을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 이 행성은 극단적인 온도 변화를 겪거나 강한 방사선에 노출될 수 있습니다. 이런 환경에서 생명체가 살아남을 수 있을까요?
자비에르 뒤뮈스크는 알파 센타우리 시스템에 대해 설명하면서 이 시스템이 실제로는 두 개의 밝은 별인 알파 센타우리 A와 B, 그리고 우리에게 가장 가까운 작은 별인 프록시마 센타우리로 구성되어 있다고 언급합니다. 프록시마 센타우리는 알파 센타우리 시스템에서 1.3파섹 떨어져 있으며, 이 별이 시스템에 정말로 속해 있는지 오랫동안 확실치 않았습니다. 프록시마는 두 주요 별에서 매우 멀리 떨어져 있기 때문에, 그 중력 상호작용은 아주 미미합니다.
이러한 설정 때문에, TV 쇼에서 보여지는 것처럼 세 번째 별이 시스템에 큰 불안정성을 주는 상황은 현실에서는 발생하지 않습니다. 실제로 프록시마 센타우리 주변에는 행성이 존재하는데, 이 별은 태양보다 훨씬 작고 차갑습니다. 프록시마 주변을 공전하는 행성은 약 15일 주기로 별을 돕니다. 이 행성의 표면 온도는 대략 0°C 정도로, 생명체가 살기에는 다소 불편할 수 있으나 거주 가능성은 있습니다. 그러나 프록시마와 같은 작은 별은 강한 자기 활동과 플레어, 그리고 많은 양의 엑스레이를 방출하는 경향이 있어, 이러한 요소들은 행성의 생명체에게 도움이 되지 않을 수 있습니다.
지구가 처음에 외계인 샨티와 접촉하는 방식은 태양을 사용하여 무선 신호를 증폭하는 것입니다. 그게 가능합니까?
자비에르 뒤뮈스크는 삼체 문제에서 묘사된 방식과는 다르게, 중력 렌즈 효과를 통해 신호를 증폭하는 것이 가능하다고 설명합니다. 중력 렌즈 효과란, 태양과 같은 대량의 질량을 가진 천체 뒤로 다른 물체가 지나갈 때, 그 질량이 빛이나 전자파를 굴절시켜 신호를 증폭시키는 현상입니다. 이 효과를 이용하면 우주에서의 통신에서 신호를 강화할 수 있습니다. 그러나 이 증폭은 모든 방향으로 일어나는 것이 아니라, 특정 방향으로만 발생한다는 점을 지적했습니다. 이는 프로그램에서 보여진 것처럼 모든 방향으로의 신호 증폭과는 다른 현상입니다. 따라서 실제로 중력 렌즈를 이용한 통신은 매우 정밀한 방향 조정이 필요하다는 것을 의미합니다.
책에서 등장하는 산티(San-Ti)라고 불리는 외계인은 양자 얽힘을 이용하여 지구를 실시간으로 관찰하고, “지자”라는 첨단 입자를 통해 통신하는 기술을 사용한다고 합니다.이것이 가능합니까?
매티 켄지는 양자 위성 기술에 대해 설명하며 이 기술이 곧 실현될 것이라고 언급합니다. 이 기술의 핵심은 양자 얽힘을 활용하는 것으로, 두 입자가 얽혀 있어 한 입자의 상태를 측정하면 다른 입자의 상태도 즉시 알 수 있습니다. 이를 통해 매우 빠른 속도로 신호를 보낼 수 있지만, 여기에는 중요한 제한이 있습니다. 양자 통신은 빛의 속도를 초과할 수 없으며, 먼 입자의 상태를 ‘읽기’ 위해서는 빛의 속도로 이동하는 정보를 전달하는 전자기 신호가 필요합니다.
그러나 책에서 묘사된 샨티는 숨겨진 차원을 알고 이를 통신에 활용하여, 우리가 알고 있는 3차원 또는 시간을 포함한 4차원 우주에서 보다 빠르게 통신하는 것처럼 보입니다. 이는 그들이 어떤 방식으로든 차원을 터널링하거나 활용하는 방법을 가지고 있다는 것을 의미합니다. 이러한 개념은 과학적으로 흥미로운 가설이지만, 현재의 과학 기술로는 이러한 차원의 존재나 이를 활용하는 기술을 입증하거나 구현하기는 어려워 보입니다.
‘유난시아’는 아직 해당 시리즈를 보지 않았지만, 한 캐릭터가 나노섬유로 거대한 다이아몬드 덩어리를 마치 케이크처럼 자르는 장면에 대해 들었습니다. 이것이 현실에 있나요?영상에서 본 다이아몬드의 크기가 현실적으로는 불가능하다고 언급합니다. 실제로 그 크기의 다이아몬드를 만든다면 억만장자가 될 수 있을 정도입니다. 현재로서는 다이아몬드보다 더 단단한 물질은 만들어지지 않았으며, 과학자들은 수십 년 동안 다이아몬드를 능가하는 물질을 찾고 있습니다. 그들은 특히 특정 유형의 질화탄소와 같은 화합물을 탐구하고 있지만, 이러한 물질은 실험실에서 합성하기 어렵습니다. 그리고 현재까지는 탄소 나노튜브가 다이아몬드보다 강하다고 여겨졌지만, 이러한 강도는 늘어나는 강도이며 절단 용도로는 적합하지 않습니다. 탄소 나노튜브는 대부분 길이가 짧아서 실용적이지 않으며, 결함 없이 긴 나노튜브를 만드는 것도 어렵습니다. 따라서 현재의 과학 기술로는 이러한 나노섬유를 만드는 방법은 어려울것 같습니다.
DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-024-01272-5