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투명망토, ‘4차원’으로 업그레이드!

시간 차원 추가, 사건의 사각지대 만들어


누군가 문을 열고 방에 들어와 금고 안의 물건을 가져갔다. 감시카메라를 살펴봤다. 저장된 영상을 보니, 문도 금고도 열린 적이 없다. 감시카메라를 조작한 것도 아니다. 실제로 누군가가 들어와서 한 일이다.

마치 귀신이 다녀 간 것 같은 일이 일어날 수 있을까. 4차원 투명망토 기술이라면 가능한 일이다. 최근 영국의 한 연구팀이 3차원 투명망토 기술에 시간 차원을 추가한 ‘4차원 망토’ 이론을 제시해 화제다.




● 투명망토, 2006년 처음 등장... 이제는 4차원 까지


영화나 소설에 등장하던 투명망토가 ‘마법의 세계’에서 ‘현실의 과학세계’로 들어온 지 몇 년 안됐다. 2006년 미국 듀크대 연구팀이 투명망토 기술을 선보인게 처음이다. 당시 연구팀은 마이크로파에 투명한 2차원 투명망토를 발표했다. 보통의 빛에서 투명한 것은 아니었다.

지난해에는 미국 코넬대와 버클리 소재 캘리포니아대의 연구팀이 가시광선에서도 투명한 2차원 투명망토를 발표했다. 올해 초에는 독일 카를스루에 기술연구소 연구팀은 한 단계 더 나아가 여러 각도에서 봐도 안보이는 3차원 투명 망토를 공개했다.

최근에는 영국 런던 임페리얼대 물리학자 마틴 맥콜(Martin McCall) 교수 연구팀이 투명망토를 시간의 차원을 추가해 4차원으로 ‘업그레이드’했다.

영화 해리포터에 등장했던 것처럼 투명망토가 공간적으로 보이지 않게 한다는 건 쉽게 이해할 수 있다. 그러나 시간을 감춘다는 것은 이해하기 어렵다.

4차원 투명망토 안에 들어가면 그 안에서 무슨 일이 일어나도 밖에서는 아무 일도 일어나지 않을 것처럼 보이게 해준다. 이 글 첫머리에 등장한 예처럼 말이다. 바로 4차원 투명망토는 사건의 사각지대를 만들어주는 것이다.

연구팀은 빛의 속도를 제어하면 가능할 것으로 믿고 있다. 빠르게 했다가 느리게 하는 식으로 말이다.

이는 이전의 투명망토와는 약간 차이가 난다. 기존에는 흐르는 물이 돌 주변으로 돌아가는 것처럼 빛이 투명망토를 에둘러 돌아가게 해주는 방식을 이용했다.

 

 





● 4차원 투명망토의 원리... 빛의 속도 제어하면 가능


4차원 투명망토의 원리는 다음과 같다. 양쪽으로 투명한 벽이 있는 터널 모양의 투명망토가 있다. 이 안에서 어떤 일을 벌인다고 가정하자.

이 때 한쪽에서 빛이 투명망토의 한쪽으로 들어간다. 그러면 들어가는 쪽의 투명망토 벽을 통과한 빛은 속도가 빨라진다.

그리고 반대편 투명망토 벽을 통과하는 빛은 다시 원래의 속도로 느려진다. 투명망토를 나올 때는 마치 아무 일도 없었다는 듯이 빛이 빠져나오는 것이다.

그러나 이렇게 하면 투명망토 안에서는 짧은 시간 동안 빛이 없는 공간이 생긴다. 빛이 없으면 무슨 일이 생겼는지 전혀 감지할 방법이 없다. 4차원 투명망토는 이런 식으로 사건의 사각지대가 되어준다.

그래서 4차원 투명망토는 이런 방식으로 빛의 속도를 조절함으로써 순간적으로 나타났다 사라졌다 하는 것이 가능하다. 마치 미국 SF 드라마 '스타트렉'에서 순간이동을 보여주는 것처럼 말이다.

하지만 이번에 나온 4차원 투명망토는 아직 이론에 불과하다. 맥콜 교수는 "실제로 4차원 투명망토가 등장하려면 현재 기술을 뛰어 넘어애 한다"고 말했다. 영화나 소설에 등장하는 수준이 되려면 수m의 메타물질이 필요하다. 그래야 수분 정도 사건을 은폐시켜줄 수 있다. 하지만 이는 아직 먼 일이다.

그러나 연구팀은 나노초 정도로 짧은 순간 동안 작용할만한 4차원 투명망토는 현재 실험실에서도 구현해낼 수 있을 것으로 보았다.

이번 연구는 '광학회지(Journal of Optics)' 최신호에 발표됐다.

 

 

 



박미용 동아사이언스 객원기자 pmiyong@gmail.com



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