여기서 오해가 있는데 광년이라고 하는 거리 또한 상대적이라고 하는것이다. 아광속으로 이동하면 길이수축과 공간수축도 함께 일어나는데 이로인해 탑승자 입장에서는 이동방향의 공간이 줄어든다.
그래서 광속을 초월하지 않고도 공간 자체가 수축하면서 빠르게 이동할수 있다는것이다.
사람들은 이동방향의 공간을 접는기술을 워프라고 하던데 그렇다면 아광속 항행 자체가 워프라고 볼수도 있겠다.
때문에 충분히 빠르다면 식량이나 냉동수면등이 필요없다. 이 공간수축은 시간지연을 만들어내고 시간지연으로 인해 눈 깜짝할 사이에 은하계 끝까지 이동할수 있기 때문. 설명하기 쉽게 시간지연을 만들어냈다고 했지만 사실 공간수축과 시간지연은 사실 동등한 표현이기 때문에 만들어냈다라는 표현은 틀린표현이다. 그리고 이 시간지연으로 인해 강력한 청색편이가 일어나 이동 방향에서 엄청난 양의 에너지가 쏟아진다.
다행히 이 에너지는 금속제 프레넬 렌즈등으로 굴절시켜서 간단히 막을수 있고 광전효과 등으로 포집시켜서 엔진의 동력원으로 바꿔 더 빠르게 가속시킬수도 있다. 그리고 완전한 진공이 아니라서 일부 수소원자가 떠돌기도 하는데 이를 연료로 쓰는 방법도 있다.
이동방향의 별들은 중력이 강해지고 반대편에 있는 별들은 중력이 사라지는데 미미한정도지만 가속에 도움이 된다. 하지만 우주의 팽창때문에 이렇게 수집할수 있는 에너지는 무한하지 않다.
그리고 이 시간지연은 놀라운 효과를 만들어내는데 탑승자 입장에서 지구의 시간은 정지한것처럼 느려져 보이고 도착후에는 출발전 시간과 동일하게 흐른다. 왜냐하면 5만광년 떨어진곳으로 이동하여 5만년이 흘러버리더라도 탑승자에게는 5만년전 지구의 빛이 오기때문이다. 대신 돌아갈때는 지구의 시간이 급격하게 흐르기 때문에 돌아왔을땐 10만년이 지나게 되어버린다. 만약 지구에 대해 아광속으로 움직이는 사람이 있다면, 자신의 시간이 느려졌다는 것을 느끼지는 못한다. 그의 좌표계에서 그는 정지해 있고, 지구가 아광속으로 움직이기 때문이다. 따라서 그는 오히려 지구에 시간지연이 일어나는 것을 보게된다. 또한 적색편이로 인해 관찰하기 힘들어진다. 거의 검정색에 가깝게 보일것이다.
따라서 픽션에서의 냉동수면이나 세대 우주선 같은건 실제로 광속과 거의 같은 속도에선 쓰여지지 않을 기술들이다. 마찬가지로 워프같은것이 없어도 광속과 거의 같은 속도로 가속만 할 수 있다면 얼마든지 우주여행이 가능하다. 위에서 설명하였듯이 아광속상태에서는 우주 자체가 찌그러지면서 등방성이 깨지고 에너지를 포집하기 더 쉬워지기 때문에 아광속 자체에만 진입하면 더 높은 속도를 얻기위한 에너지를 얻는것은 간단할것이다. 간단하게 펠티어 소자만 달아도 한쪽은 고온 반대편은 저온이 되어 발전된다.
정지된 상태에서의 공간 그래프
광속의 90%로 이동중일때 공간 그래프
아광속으로 비행하는 우주선은 도착지에서 관찰할경우 이동방향에 청색편이로 인해 감마선*을 방출하고 강력한 중력파를 만들기 때문에 충돌하지 않아도 근접하는것만으로도 위험해지므로 먼곳에서 미리 감속하고 진입해야 한다. 감마선 문제는 우주선에 프레넬 렌즈를 이용해 반사 방지 처리를 해두었다면 안전하겠으나 중력파만큼은 막을수 없을것인데 가속정도에 따라 목성이나 중성자별급의 중력을 만드는것도 가능하다. 몰론 이 정도의 가속이 가능한 우주선을 만들정도의 문명을 가졌다면 이런 문제쯤은 해결할수 있을지도 모른다.
*엄밀히 말하면 감마선은 방사선의 일종이라 틀린 표현이지만 고진동수의 고에너지 전자기파라는 인식이 있으므로 감마선이란 표현을 사용했다.
워프이야기가 나왔으니 워프에 대해 더 이야기해보자
은하중심까지의 거리는 2만5천광년이다
위에서 설명한것처럼 공간자체가 시간이므로 0초만에 은하중심으로 이동하고 다시 0초만에 지구로 돌아오는것만으로도 5만년이 지나버린다.
그러니까 사람들이 생각하는 워프기술은 지구에 있는 사람 기준으로 우주선이 5만광년을 이동하고 현재로 돌아와야만 성립하므로 사실상 5만년전 과거로 돌아갈수있는 타임머신인셈이다. 좀 만 생각해보면 이상함을 느낄수 있는데 현재 시간대를 유지하면서 어디든지 이동할수 있는 기술이 있다면 거리만 잘 설정할경우 우주의 끝에 닿을수 있고 우주 밖으로도 나갈수 있다는 소리가 되기도 한다. 다시말하면 현재 시간대를 유지하면서 어디든지 이동할수 있는 기술은 타임머신이란 소리이므로 빅뱅 이전의 시간으로 되돌리면.우주의 끝에 닿을수는 있겠다.
다만 일반적인 에어컨에 쓰이는 증기압축식 과 달리 규모에 대해 소자가 비싸 가정용으로 쓰이지 않는 편.
효율이 낮다는 잘못된 소문이 있는데 이건 옴의 법칙을 이용해서 소자 여러개를 병렬로 연결하는 식으로 저항값을 조절해 전압과 전류를 조절하면 효율이 올라간다.
전류가 낮을수록 COP(냉방효율)이 급격하게 오르기 때문.
그래프로 보면 거의 무한대에 가깝게 올라가는데 이는 줄의법칙때문에 전류를 늘리면 발열량은 제곱으로 늘어나기 때문에 그렇다.
그래서 규모를 키우면 효율이 올라가긴 하지만 손톱만한 소자도 만원가까이 하기때문에 일반적인 에어컨을 고효율로 구현하기 위해 규모를 키우면 수백만원이 들어가서 상업성이 없기때문에 사용하지 않을뿐 최대효율 자체는 증기압축식은 명함도 못 내밀정도로 높다
난방을 대상으로 하면 엄청난 진가가 드러난다. 전기난로는 효율이 100%이므로 100W를 투입하면 100W(J/s)수준의 열이 나오지만 COP 1.7로 맞춰서 100W를 썼다고 가정하면 난방은 170W(J/s) 수준이 나온다. 어떻게 이런 열역학법칙을 위배하는듯한 현상이 발생하느냐면 기존 난방장치는 가진 에너지를 열로 바꾸는 것이기에 투입된 에너지를 절대 넘을 수 없지만, 펠티어 소자는 반대편에 존재하는 열에너지를 이쪽으로 끌어오는 것이기 때문에 투입된 에너지보다 더 많은 열을 낼 수 있다.
어째서 COP 1.7로 맞춘다는 두리뭉술한 표현을 사용했냐하면 COP는 온도차와 전류량, 대류, 소자크기 등에 영향을 받기 때문이다. 조건만 맞는다면 COP8은 우습게 넘는다.
증기압축식 냉동기와 비교하여 보면 펠티어 소자가 증기압축식 냉동기보다 최대 COP가 높고, 기계식 부품이 없다.
펠티어 소자가 효율이 나쁘다는 인식이 있는데 그 이유는 펠티어소자는 크기가 클수록 전류가 낮아지고, COP가 높아지는데 소자 자체의 높은 단가로 인해 손바닥만한 초소형 소자에 출력을 조금이라도 올려보겠다고 전류를 미친듯이 때려박기 때문에 COP가 낮아지게 된다. 하지만 그렇다고 펠티어소자 자체가 증기압축식보다 효율이 낮은것은 아니다. 증기압축식 또한 펠티어소자처럼 손가락만한 크기로 바꿔서 500w로 소비전력을 올리면 COP가 0.1도 나오지 않는다. COP가 장비규모에 커다란 영향을 받기 때문에 냉장고와 에어컨 모두 거대한 압축기가 달려있는것이다. 규모에 상관없이 에너지 효율이 고정되었다면 우리는 손톱만한 크기의 에어컨에 2000w를 때려넣어서 냉방을 하고 있었을것이다.
증기압축식은 가스, 관, 모터 세개만 있어도 굴러갈정도로 구조가 워낙 단순하다보니 손으로도 제작할수 있을정도이며 그 덕분에 매우 저렴하여 동일 비용대비 무게와 부피 출력 모두 수십배는 된다. 펠티어 소자는 PN반도체를 셀단위로 수백수천개를 박아야하는데다가 귀중한 실리콘 잉곳이 필요하다 보니 첨단장비가 필요하고 비용이 어마어마하게 들어간다.
현재는 높은 단가로 인해 주목받지 못 하지만 기술이 발전하여 냉장고나 에어컨에 사용할 수 있는 대형 소자를 저렴하게 제조할 수 있을 정도가 되면 SSD가 하드디스크를 밀어낸것처럼 저소음과 높은 COP로 증기압축식을 밀어낼 가능성이 있다.
COP 이야기가 나왔으니 더 해보자. 위에서 설명했듯 COP는 장비규모에 제일 커다란 영향을 받는다. 증기압축식이든 펠티어든 그냥 크게 만들면 그녀석이 효율이 더 좋다. 하지만 내가 증기압축식보다 효율이 더 좋다고 이야기 하는것은 증기압축식의 물리적인 한계 때문이다. 이녀석은 자기장을 동력으로 바꾸고 이 동력으로 마찰력을 이겨내면서 압축과 팽창을 만들어내고 대류시켜 열교환을 만들어낸다. 여기서 모터또한 대형화할수록 에너지 효율이 올라가는데 모터는 무거워질수록 마찰력이 커지고 따라서 올릴수 있는 에너지효율에도 한계가 있으며 구동할수 있는 최소한의 에너지가 높아져 일정이상 커지면 무조건 고출력만 사용가능하게 된다.
그래서 펠티어 소자와는 근본적인 차이가 있는것이다.
몰론 펠티어도 반도체라는 특성상 문턱전압 0.7v가 제약을 걸기는 하나 이것은 정말 사소한 문제이므로
반도체 생산설비가 날이갈수록 늘어나고 있으므로 늦어도 21세기 후반에는 부자들은 펠티어 에어컨
