빛의 속도도 따라가는 엔진 '헬리컬 엔진'

미국항공우주국(NASA)의 엔지니어 데이비드 번즈(David Burns)가 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 활용해 이론적으로 빛의 속도 99%까지 가속 가능한 ‘헬리컬 엔진(Helical Engine)’을 고안했다.
 
번즈는 헬리컬 엔진 개념을 설명하는 자료를 NASA 기술 보고서 서버에 게재했다. 헬리컬 엔진의 구조 자체는 단순하다. 마찰이 없는 바닥에 놓인 상자 안에 앞뒤로 이동할 수 있는 물체가 있다.
 
이 물체는 상자에 설치된 스프링 등을 사용해 앞뒤로 이동했을 때 상자의 전방 부분이 충돌하면 ‘작용·반작용의 법칙(제3 운동법칙)’에 의해 상자는 앞뒤로 움직인다.
 
하지만 만일 물체의 질량이 앞부분에 충돌할 때 보다 뒤에서 충돌할 때 줄어들면 결과적으로 상자는 앞으로 이동한다.
 
고안된 나선형 엔진은 “물체가 빛의 속도에 가까워지면 질량은 무한대에 가까워진다”라는 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 채용한 것이다.
 

실제로 헬리컬 엔진 개념의 간단한 구현은 물체를 원형 입자 가속기로 대체하는 것이다. 이온을 이용한 강력한 자기장을 걸어 엔진 전방에 충돌하는 이온을 가속해 질량을 늘리는 한편, 엔진 후방에 충돌할 때는 이온을 감속시켜 질량을 줄여 추력을 얻는 구조다.
 
따라서 가중치를 이온으로 바꾸고 상자를 루프로 바꾸면 이론적으로 루프의 한쪽 끝에서 이온이 더 빠르게 움직이고 다른 쪽 끝에서 느리게 움직일 수 있다.
 
번즈에 따르면 “헬리컬 엔진을 장시간 구동하면 광속의 99% 속도까지 실현 가능할 것”이라고 설명했다.
 
하지만 헬리컬 엔진은 어디 까지나 개념일 뿐이다. 실제 구현까지는 다양한 문제점이 있다. 먼저 측면 및 원형 운동을 위해 입자 가속기를 사용하는 것이 더 합리적이다. 이 경우 가속기는 나선 모양이어야 한다.
 
또한 마찰이 없는 공간에 길이 200m 직경 12m라는 거대한 엔진이 필요하다. 또 1뉴턴(N)의 추진력을 얻기 위해서는 165MW 에너지를 생성해야 한다.
 
전문가들은 “전기장에 의해 이온을 가속 시키면 전기장은 이온 때문에 다시 강제하는 힘이 작용하므로, 이 엔진은 실행되지 않는다”라고 말했다.
 
번즈 역시도 여러 가지 문제점을 솔직히 인정하면서 “수학에 오류가 있을 수 있다”며, “실용화되는 아이디어를 발명한다는 것은 정말 어려운 일이다. 하지만 실현될 수 없는 아이디어라 해도 공개할 가치가 있다”라고 덧붙였다. 헬리컬 엔진은 NASA의 후원 없이 개인적으로 작업을 해왔다.
 
추진체가 없는 제안은 이번이 처음은 아니다. 1970년대 후반 미국 발명가인 로버트 쿡(Robert Cook)은 원심력을 선형운동으로 변환한 것으로 추정되는 엔진을 특허로 출원 등록했다. 2000년대 초 영국의 발명가 로저 샤위어(Roger Shawyer)는 갇힌 전자레인지를 추진력으로 변환할 수 있다는 ‘EM 드라이브(Drive)’를 제안했다.
 
하지만, 핵심 물리법칙인 운동량 보존에 대한 위배로 인해 이러한 개념은 입증되지 않았으며, 현재까지 두 가지 모두 불가능한 것으로 널리 알려져 있다.