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에너지도 필요해
현재까지 알려진 공간이동 방법은 다음과 같다. 우선 공간이동장치를 이동시키고자 하는 목적물에 조준한 후 그 목적물의 영상을 읽어 들인다. 그리고 목적물을 ‘비물질화’시킨 뒤 그 형상을 ‘패턴 보관실’에 잠시 저장해 두었다가 ‘원형구속발사기’를 통해 ‘유동형 물질’을 목적지로 발사한다. 따라서 공간이동장치는 이동 대상물의 물질(원자)과 정보(비트)를 모두 전송하는 것이다.
원리는 간단하지만 사람을 비롯한 살아 있는 물체를 대상으로 할 때는 생각보다 심각한 문제가 야기된다. 사람의 경우 사람의 몸을 구성하고 있는 원자들을 이동시켜야 하는지, 아니면 단순히 그 원자들이 담고 있는 정보만 이동시켜도 되는지를 파악해야 한다. 두 가지 방법 중에서 일단 정보를 이동시키는 쪽이 훨씬 쉽다. 정보만을 전송하는 경우라면 개개의 원자를 비트로 정보화하여 원하는 만큼의 복사판을 만들어낼 수 있기 때문이다. 이럴 경우 무한정으로 복제 인간이 가능하다.
그러나 정보를 이동시키는 데도 두 가지 문제점이 제기된다. 첫째, 필요한 정보를 추출하는 것이 쉽지 않으며 둘째, 그 정보들을 재결합하여 원래의 물질로 만들어내는 것은 더 더욱 어렵다는 점이다.
결국 학자들은 사람을 이동시키려면 원자가 직접 이동해야 한다는 결론을 내리지 않을 수 없었다.
그러나 이 방법도 결정적인 문제점이 제기됐다. 공간이동장치가 물질과 정보를 모두 보내는 것이라면 이동을 마친 후의 원자의 개수는 이동하기 전의 원자의 개수와 정확하게 같아야 한다는 점이다. 단 한 개의 원자가 틀리더라도 원래의 인간으로 재현하기 어렵기 때문이다. 이것은 이동시키고자하는 물체를 구성하는 원자 또는 그 이하 수준의 단위에 대한 정보를 정확히 알아야 한다는 것을 뜻한다. 적어도 이런 정보가 확보되어야만 실질적인 원격이동 방법으로 원자와 같은 구성입자를 분해해 직접 보내든지, 아니면 구성입자를 빛과 같은 에너지 형태로 전화해서 보내든지, 구성입자가 담고 있는 정보를 전송하든지 해야 가능하다는 것이다.
영화 「더 플라이」에서 주인공이 공간이동장치에 있던 파리와 결합하여 파리인간이 태어나는 것도 바로 이런 원리를 이용한 것이다(원칙적으로 파리와 인간의 DNA가 달라 이런 합성이 이뤄질 수 없다).
여하튼 SF영화에서의 공간이동은 그야말로 간단하다. 공간이동장치를 작동시키기만 하면 된다.
그러나 현실에선 쉬운 일이 아니다. 제일 먼저 공간이동장치를 제작해야 한다. 빛의 이동이 성공한 것을 감안하여 미래의 어느 때, 완벽한 공간이동장치가 개발될 수 있을 거라는 건 상상할 수 있다. 그런데 학자들은 이런 장치가 개발되더라도 물체를 이루는 원자를 해체해서 광속에 가까운 속도로 전송하는 데 근원적인 문제점이 있다는 것은 앞에서 설명했다.
우선 공간이동장치를 가동시키는 데 엄청난 에너지가 소요된다는 점이다. 인간의 몸을 구성하는 원자에 관한 모든 정보를 저장하는 것도 그리 간단한 일은 아니다.
로렌스 크라우스는 『스타트랙의 물리학』에서 그 이유를 이렇게 적었다.
인간은 약1028 개의 원자로 구성되어 있으므로 이들 원자 1028를 정보량으로 변형시켜야 한다. 예를 들어 이들 원자들을 모두 순수한 에너지 형태로 변환시킨다고 하면, 60킬로그램의 사람이 발생하는 에너지는 1메가톤급 수소폭탄 1천 개를 넘는 양이다. 현실적으로 이 정도의 에너지를 다룰 만한 방법이 없다. 즉 한 사람을 비물질화시키는 대가로 주변의 모든 생명체를 날려버려야 한다는 결론인 것이다.
다음에는 변형된 정보량 1028을 저장해야 한다. 대략 원자 하나에 1킬로바이트가 필요하다고 보면 한 사람 당 필요한 정보량은 약1028 킬로바이트에 달한다. 이 양이 얼마나 큰 것인지는 현재 지구상에 있는 책을 모두 모은다 해도 1012킬로바이트 정도밖에 되지 않는다는 사실이 말해준다. 한 사람의 몸에 있는 정보를 현재 시판되고 있는 하드디스크 중 용량이 중간정도로 볼 수 있는 100기가바이트에 넣는다 해도 하드디스크 한 개의 높이를 3.5센티미터로 간주할 경우 그 높이는 무려 350광년에 달한다.
학자들은 인간의 정보를 저장하는 데 성공했다고 가정할 경우 어떤 문제점이 생기는지를 다시 검토했다. 이번엔 정보를 목표하는 지점까지 전송하는 일이 문제였다. 문제는 정보를 목표하는 지점까지 전송하는 일 역시 만만치 않다는 점이다.
정재승 박사는 디지털정보를 전송하는 데 현재의 기술 수준으로 1초에 1백 메가바이트 정도임을 감안하면 이 정도의 속도로 인간의 정보를 전송하려면 20조 년이 걸린다고 적었다.
또 하나, 공간이동장치 내의 물질을 ‘비물질화’시키려면 어떻게 해야 하는가를 생각하지 않을 수 없다. 물질은 원자로 이루어져 있다. 원자의 중심에는 양성자와 중성자가 있으며 그 주변을 전자들이 둘러싸고 있다. 원자의 대부분이 빈 공간임에도 불구하고 왜 물질들은 서로 뚫고 지나갈 수 없을까?
대답은 간단하다. 벽면이 단단한 이유는 입자들로 꽉 차 있기 때문이 아니라 입자들 사이에 형성되어 있는 전기장 때문이다. 사람들이 SF 영화처럼 벽면을 뚫고 들어가지 못하는 이유는 몸의 전자들이 벽면의 전자를 관통할 수 있을 만큼 여유 공간을 확보하지 못해서가 아니다. 벽면의 전자와 내 몸의 전자들 사이에 작용하는 전기적인 척력(斥力 ; 밀어내는 힘) 때문이다.
이런 정상적인 상태를 벗어나기 위해서는 원자들 사이에 작용하는 결합력을 이겨낼 만한 새로운 힘이 작용하면 된다. 즉 즉 어떤 물체를 이루고 있는 원자들을 해체하는 것이다. 일반적으로 어떤 물체를 분자구조 수준에서 해체하거나 변형시키는 일은 비교적 간단하다. 열을 가하거나 다른 물질과 반응시키는 등 다양한 방법이 있고 심지어 상당수의 물질들은 자연적으로 분자구조가 서서히 변하기도 한다.
그러나 분자가 아닌 원자구조 수준에서 물질을 해체하는 일은 무한대의 에너지가 필요하다. 일반적으로 이런 용도를 위해서는 물체 전체가 에너지화 할 때 10퍼센트 정도에 해당하는 에너지가 필요하다고 한다. 간단하게 말한다면 70킬로그램 정도의 물질(중년 남자 한 사람)의 물질을 원자구조 수준에서 해체하려면 1메가톤급 수소폭탄 140여 개가 필요하다.
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