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최근 수정 시각 : 2024-11-18 22:16:38

반입자 병기

1. 개요2. 위력3. 단점4. 창작물
4.1. 예시

1. 개요

물질과 반물질의 쌍소멸 현상을 이용한 병기. 운용 방식에 따라 반입자를 가속시켜 쏘아내는 화포 종류나, 아니면 단순히 반입자를 기폭시키는 폭탄 종류로 구분된다.

2. 위력

질량이 100% 에너지로 환원되는 쌍소멸 현상을 이용하면 굉장한 일률을 얻을 수 있다. 반입자 병기는 기존의 병기와는 비교가 불가능한 막대한 파괴력을 낼 수 있는데, 행성을 산산조각내며 파괴할 수준의 에너지조차도 이론상으로 낼 수 있다. 이론상으로 제작이 가능한 무기류 중에는 손에 꼽힐 정도의 위력이라고 봐도 무방하다.

쌍소멸 현상은 핵분열이나 핵융합에서 발생하는 에너지 효율의 수백 배 이상에 달하고 따라서 즉 반입자 병기는 이론상 핵분열이나 핵융합을 이용하는 핵무기의 수백 배 이상의 위력을 낼 수 있다. 1g의 반물질과 1g의 물질이 일본에 떨어진 리틀 보이의 3배의 파괴력이라고 한다.

질량 병기에 비해서도 월등한 성능을 지닌다. 질량 병기가 같은 질량의 반물질 병기 이상의 운동 에너지를 가지려면 정말 엄청난 에너지와 시간을 들여서 가속시켜야 한다. 공상비과학대전의 저자인 야나기타 리카오의 계산에 따르면 반물질 0.5와 물질 0.5이 완전히 쌍소멸할때 나오는 에너지를 운동 에너지로 달성하려면 1의 질량을 가진 물체를 광속의 86% 까지 가속할 필요가 있다고 한다. 다르게 말하면 광속의 86%보다 빠르게 날아가는 물체는 반물질을 던지는것보다 더 효율적이라는 뜻이다.[1] 물체를 아광속으로 가속하는데 들어가는 에너지와 시간을 생각해보면 차라리 반물질을 쓰는 게 효율 면에서 훨씬 나을 것이다.

게다가 반물질은 닿은 물질을 아예 에너지로 바꿔버려서 공격한다. 물질이 에너지로 바뀐다는 것은, 폭발과는 별개로 이미 공격 대상을 관통해버린다는 것이다.

물론 현재의 기술로는 반물질 병기와 아광속 병기 모두 제작이 불가능하다. 단, 반물질도 지금은 제조 난이도가 극히 까다롭지만 지금보다 더 빠르고 효율적으로 발전할 여지가 남아 있다. 반면 물체를 아광속으로 가속하는 데 필요한 자원량은 물리법칙인지라 결코 변하지 않는다. 이런 점을 고려하면 결국 반물질의 양산화가 가능하냐 아니냐에 따라 두 무기의 전략적 가치가 달라질 가능성이 높다. 만약 반물질이 상용화된다면 아광속 병기의 가속을 위한 장약이나 추진체로 쓰일 가능성 또한 있다.

3. 단점

열역학 제1법칙에 따라 반입자를 생산하려면 최소 반입자로 낼 수 있는 파괴력과 동등한 에너지가 필요하기에 그 생산 자체만으로도 일단 막대한 에너지가 필요하다. 또한 에너지 문제를 떠나서 현재 기술로는 최소한 대형 우주선의 추진 연료나 무기로 사용하기에는 합성할 수 있는 반입자의 양이 극히 적으며 그마저도 생산 효율은 사실상 0에 가깝다. 최소한 반양성자, 반중성자 같은 반입자를 아보가드로 상수에 가까울 만큼 만들 기술을 미래에 달성해야 SF 수준의 우주선이 현실이 될 수 있다.

또한 유의미한 폭발력을 낼 수 있을 정도의 반물질을 모으는 것은 불가능에 가깝다. 우선 반양성자 10의 24승 개를 만들어야 1g이 된다. 양전자 1g은 이보다 2000배 더 많이 필요하다. 1955년 반양성자 발견 이후로 CERN의 LEAR와 페르미연구소가 만든 반양성자는 모두 합쳐도 100만분의 1g이 채 안 된다. 이 모두를 소멸시켜도 전구 10개를 하루 동안 밝힐 정도밖에 되지 않는다. 반면 반물질을 만드는데 들어간 에너지는 타임스퀘어나 피커들리 광장을 밝힐 수 있는 막대한 양이다.

또 저장이 문제인데, 현재로써는 반물질을 저장할 수단으로 페닝 트랩이라는 장치가 존재한다. 그러나 페닝 트랩은 자기장으로 반물질을 가두기에 전하를 띄고 있는 양전자나 반양성자 등의 '입자'들만 저장할 수 있다. 여기서 문제가 발생하는데, 같은 전하를 띄고 있는 입자 여러 개를 가까이 두면 척력이 발생한다. 그렇기 때문에 통 안에 반입자를 더 많이 넣을수록 유지하기 어려워진다. 성공적으로 저장할 수 있는 반양성자 개수는 대략 10의 -18g에 불과하다.

여기서 '그냥 반양성자와 양전자를 합쳐서 반수소 원자들을 저장하면 되지 않나?'라고 물어보는 사람들을 위해 기술하자면, 위에 말했듯이 자기장은 전하가 없는 물질에 영향을 주지 않는다. 따라서 페닝 트랩 안에 반원자를 넣는다면 그냥 자기장을 통과해 나올 것이다. 순수한 양전자나 반양성자 1g의 전하를 담으려면 척력을 억누를 수 있을 정도로 엄청난 힘의 장을 만들어야 하는데, 이는 반물질이 소멸할 때 나오는 힘보다 더 클 것이다. 만약 충분한 양의 반입자를 성공적으로 페닝 트랩 안에 가두고 유지할 수 있는 기술이 있다면, 반물질을 무기로 사용하는 것보다 그 기술의 배후에 있는 힘을 이용하는 것이 더 효율적일 수도 있을 정도.

혹은 반수소 원자를 페닝 트랩이 아닌 다른 방식으로 저장해볼 수 있다. 절대영도 가까이 얼려 반수소얼음으로 만든 다음, 수소가 반자성을 가지고 있음을 이용해 강력한 전자석으로 가둘 수 있다. 절대영도에 가깝기 때문에 반수소 액체나 기체가 거의 생기지 않지만 안정적인 시스템이 아니기 때문에 전자석의 능동제어가 필요하다. 만약 보관장치의 전력이 나가고 내부 온도가 올라가기 시작한다면 일부 반수소가 벽 내부의 물질과 반응하여 온도를 더 높이고, 더 많은 반수소얼음이 녹아 재앙적 사고가 일어날 위험성이 있다.

반입자를 대기 중에서 빔으로 쏘면 발사와 동시에 주변의 대기와 멋대로 반응하면서 연쇄 폭발을 일으킨다. 우주 공간에서도 성간 물질 등과의 반응이 존재할 수 있다. 반물질을 무기로 사용하려면 반입자 사이의 척력을 어떻게든 억누를 수 있는 기술을 개발한 뒤(쉽게 말해 무식하게 강한 힘을 줄 수 있는 기술) 자기장으로 격리한 상태에서 실탄 병기의 탄두 내부에 탑재하거나 폭탄으로 만드는 것이 안전하다. 보관할 때도 항상 자기장으로 격리해야 한다.

하지만 반물질이 워낙 근본적으로 불안한 물질이고, 이 반물질을 격리해두는 자기장 또한 고체만큼 안정적이지는 않아서 이렇게 자기장으로 격리해도 만일의 사고 위험성 때문에 만약 반물질을 사용한다면 군용이든 발전용이든 인간 거주지 근처에 반물질 자체를 유입하지 않을 것이다. 혹은 반입한다고 해도 엄청난 방호 장치가 적용될 것이며, 발전에 사용할 수 있는 극소량의 반물질만 반입할 것이다. 소량의 반물질만으로도 핵무기와 동등한 위력을 낼 수도 있고, 대량의 반물질이 잘못되어 폭발한다면 최소한 나라 멸망, 더 나아가선 지구 멸망 수준의 재앙이 될 수도 있으니 적어도 지구 밖, 혹은 아예 태양계 바깥 한참 떨어진 외우주에 반물질 정제소와 저장 창고를 둘 수도 있다.

관련된 연구는 다음과 같다. #1 #2 #3(5MB pdf 자동다운)

4. 창작물

4.1. 예시


[1] 이 계산은 좀 이상해 보일 수 있다. 질량의 에너지는 mc^2이고 고전역학적 운동에너지는 1/2mc^2이라 광속이하에서는 운동에너지가 질량 변환에너지를 동일질량에서는 넘어서는 게 불가능해 보일 수 있다. 하지만 고전역학적 관점이 아닌 상대론적 관점에선 운동에너지는 [math(\displaystyle E = (\gamma-1) mc^{2})] 이며 이때 로렌츠 인자는 [math(\displaystyle\gamma\equiv\frac{1}{\sqrt{1-(v/c)^{2}}})]임으로 광속에 충분히 근접한다면 고전역학적 운동에너지를 훨씬 넘어서 쌍소멸 반응보다 더 높은 에너지를 지닐 수 있다. 단순히 생각해서 광속에 근접할수록 질량m이 증가해 운동에너지가 늘어난다 생각하면 된다. [2] 단순히 반물질을 물질과 충돌시키는 게 아닌지 은하계 하나를 연료로 갈아넣어야 작동 가능한 병기에 소형 반물질 엔진을 탑재하는 것도 과하다는 언급이 있다. 충분한 수를 연결하면 빅뱅 단위의 에너지를 동원해야 겨우 시동이 걸리는 전함의 주 엔진도 점화가 가능. [3] 겁스에서는 TL 한 단계의 발전마저 이전 TL에서는 상상도 하기 힘든 장비가 등장하는 것을 의미한다. 바로 직전 TL인 TL7과 현대 TL인 TL8의 차이로 예거하자면, 1960년대 기술력과 2010년대 기술력 정도의 차이가 한 단계 TL의 차이이다.

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