스타워즈에서 나오는 광선검을 만들 수 있을까요?

광선검이 불가능하다는 이유로 흔히 꼽는 것은 길이 조절, 검의 형태 유지, 무기로서의 실용도 등을 흔히 예로 듭니다. 제가 과거에 보았던 사이트에서 광선검에 대한 정보를 가져왔습니다.

스타워즈나 건담 시리즈에서는 가장 멋있는 무기는 바로 광선검(light saber, Beam saber (빔 샤벨))일 것이다. 레이저를 이용하며, 무엇이든지 베어 버리는 무기. 광선검에 대해서 한번 알아보도록 하자.

광선검을 가장 쉽게 만들 수 있는 것은 레이저일 것이다. 레이저는 빛이다. 그러나 일반적인 빛과는 달리 파장이 일정한 빛이다. 레이저가 햇빛과는 달리 단색으로 보이는 것은 그 파장에 해당되는 색으로 보이기 때문이다. (햇빛은 여러 빛이 섞여 있다. 레이저는 단파장 빛이기 때문에 흰색 레이저란 존재하지 않는다.) 레이저를 이용한 광선총은 간단하다. 그냥 총에서 레이저를 발사하면 된다. 그런데 광선검은 그렇지 않다. 광선검의 빛이 검의 형태를 유지하기 위해서는 어느 정도 거리에서 빛이 끊어져야 한다. 문제는 어떻게 하면 광선검 장치에서 나간 빛이 중간에 끊어지게 만들 수 있느냐 하는 것이다.

아주 쉽게 생각한다면, 광선검 끝에 반사경을 위치시키는 방법이 가능하다. 광선검의 스위치를 누르면, 끝에 반사경이 달린 안테나가 늘어나서, 손잡이에서 발사된 레이저가 반사경에서 반사되어 다시 돌아오는 식으로 만든다면, 가능할 것이다. 이런 식으로 만들어진 광선검이라면, 일단 주변의 레이저가 중앙의 안테나를 착실히 보호해야 한다. 그렇지 않다면, 이 광선검은 금새 휘어져 버릴 것이다. 빛은 서로 간섭을 일으킬 뿐 충돌하지 않는다. 그런데도 다크 제다이와 제다이들이 서로 광선검을 부딪히며 싸울 수 있다는 것은, 이 안테나 끼리의 힘겨루기가 아닐까? 그러나 이 방식으로 만들어진 광선검은 찌르기를 할 수 없고, 오직 베기만을 할 수 있다. 끝에 달린 반사경이 물질을 뚫을 수는 없으니 말이다. 즉, <에피소드 1, 보이지 않는 위험>에서 콰이곤 진이 두꺼운 강철문을 꿰뚫는 기술을 발휘할 수 없다.

다음의 방법은 약간 수학적인 공식이 필요하다. 이동하고 있는 물체는 각자의 파장을 지니고 있는데 이를 물질파라고 한다. 즉, 빛이 파동과 입자의 이중성을 지니듯이, 입자도 파동성을 가질 수 있다는 이론이다. 이의 수학적인 증명과정 중에 푸리에 전개식이 사용된다. 어느 구간 내에서의 어떤 함수라 할지라도, 무한 개의 Cos, Sin 함수의 합으로 표현이 가능하다는 것인데. 광선검에 이를 적용해 보자. 광선검 손잡이 부분을 좌표축의 기준으로 잡고, 광선검의 길이를 L 이라고 하면, (0,L)의 구간에서만 광선이 존재하고, 나머지 부분은 존재하지 않는다. 부분적인 델타 function 으로도 볼 수 있는데 이 함수를 푸리에 전개로 구현하여, 푸리에 전개 각 항에 해당되는 파장을 발생시켜 합성시킬 수 있다면, L 길이의 광선이 생길 것이다. 정확한 수학적인 증명이 가능할 지는 모르겠지만, 하나의 아이디어로 제시한다.

마지막의 방법은 빛이 아니라 플라즈마를 이용하는 것이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 다음으로의 물질의 상태로서, 기체의 분자들이 이온화되어 존재하는 상태이다. 이에는 고온, 고압의 환경이 필요한데, 이온화된 분자들은 전하를 띠고 있고, 이러한 전하들은 전기장을 발생시킨다. 물질의 구성은 원자핵과 전자. 이 결합은 전자기력으로 이루어져 있다. 지극히 국소적이고 강력한 전기장을 빠르게 통과시켜 이 결합을 끊을 수 있다면, 결국 잘라지는 것이다. 광선검의 경우 이러한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 에너지가 충분히 공급된다고 가정하고, 플라즈마를 발생시켜, 뿜어낸다면, 완벽한 검날의 형태는 아니더라도, 대체적인 검의 형태를 유지할 수 있을 것이다.

<건담윙>에서의 데스사이즈는 낫 모양의 광선무기를 사용하고, <2080> 이라는 소설에서는 광선검을 개조한 광선괴(괴: ㄱ자 모양으로 생긴 팔에 부착하여 사용하는 무기)가 등장한다. 이렇게 어떤 특수한 모양으로 광선무기를 만들기 위해서는 플라즈마를 발생시킬 수 있는 ( 아주 강력한 플라즈마 ) 열선을 모양대로 만들어서 쓰는 방법이 있을 수 있다.

건담의 설정에는 미노프스키 물리학을 응용하여, 미노프스키 입자로 일종의 막을 만들어서, 그 안을 플라즈마로 채우는 방식이다.

<스타워즈>의 설정집에서는 광선검 장비에 크리스탈을 넣어서, 이 크리스탈의 초점길이로 광선검의 길이가 결정된다고 되어 있다. 제다이들마다 광선검의 색이 다른 것이 이 크리스탈의 종류에 따른 것이다. 크리스탈을 여러 개 사용해서 만들면, 그 길이를 조정할 수 있다고도 한다. 홀로그램처럼 두 개 이상의 빛이 만나야만 빛을 발할 수 있는 위상을 가진 레이저라면 옆의 그림과 같은 원리로, 원뿔형의 크리스탈을 이용하면 검의 모양은 아닐지라도, 일정 길이까지의 빛을 만들어내는 게 가능하다.

‘스타워즈’에서 가장 인상적인 무기는 제다이 기사들의 ‘광선 검’입니다.

악당 다스몰은 위아래 양쪽 방향으로 광선의 칼날이 뻗어 있는 검을 사용하죠. 제다이 기사들의 광선검은 철문을 뚫고 레일건의 위력으로부터 자신을 보호하죠.

그러나 광선검의 작동 원리를 설명할 수 있는 과학적인 이론은 아직 없어요. 만약 광선검의 칼날이 레이저빛으로 이루어져 있다면, 그것은 과 학적으로 틀린 얘기예요.

빛의 가장 기본적인 성질 중의 하나는 ‘직진성’입니다. 즉 세 상의 모든 빛은 직선으로 지나가며, 가다가 저절로 멈출 수 없어 요.

그리고 빛은 서로 부딪혀도 전혀 상호작용을 하지 않는 보존(Boson) 입자입니다.

만약 광선검의 칼날이 플라스마라고 가정해 봅시다. 플라스마를 강력한 실린더형 자기장 안에 가두어 둔다면, 광선검과 같은 형 태를 띨 수도 있어요.

그러나 이 경우에도 몇가지 문제점이 있어요. 아직까지 우리는 자기장을 이용해 플라스마를 예리한 실린더 형태로 저장하는 방법을 알지 못해요.

플라스마가 실린더의 끝부분으로 끊임없이 새어나가는 문제도 해결해야 합니다. 게다가 자기장은 거리가 멀어짐에 따라 급격하게 크기가 줄어들기 때문에 긴 광선검을 만드는 것은 더욱 어려운 일입니다.

크기의 문제도 있어요. 날카로운 칼날 모양으로 플라스마를 가두기 위해서는 막대한 에너지를 공급하는 장치, 열을 식히기 위한 냉각 시스템, 플라스마 발생 장치 등이 필요합니다.

이것을 광선 검의 손잡이에 모두 장착하는 것이 가능할지는 의문입니다.

사이언스올 scientist001님의 글에서 발췌하였습니다.

[출처 : http://lg-sl.net/product/infosearch/curiosityres/readCuriosityRes.mvc?curiosityResId=HODA2005060017]