중력은 지구의 중심으로 지구와 우주의 경계면까지 작용합니다.
지구의 중력권안에 있는 물질은 모두 지구의 중심으로 끌려들어옵니다.
지구가 있는 공간에 중력장은 있지만 지구가 없다고 생각해봅시다.
물질이 중력장에 닿아 중력의 중심으로 끌려가면서 가속운동을 하다가 지구의 중력의 중심을 넘어갔어요.
그러면 중력의 중심을 기준으로 반중력이 되는겁니다.
그러다가 다시 중력에 의해서 되돌아와서 중심으로 물질이 결국 멈추겠죠.
이때까지 중력의 중심은 무조건 한 점이라고 생각했어요.
그런데 선으로 바꿀수있다는겁니다.
내부가 텅빈 도넛을 생각해보세요.
그 도넛은 투명 아크릴 소재로 되어있습니다.
그 안에 물 30%를 넣어두고 끓이는겁니다.
액체가 기체가 되면서 기체 압력 조절기로 기체가 방출되면서
내부의 수증기가 빠져나갑니다.
이 상태에서 수중기를 식혀 액체로 만들면 부피가 1/1000배로 줄어들면서
인공 중력장이 도넛 안에 생깁니다.
그런데 놀라운 사실은 도넛 형태의 구체 안에서 중력의 중심은 점이 아니라 선이라는겁니다.
완전한 구체에서는 중력의 중심이 점이지만 이런 도넛형태에서는 선이 되었어요
쉽게 말하면 끊임없이 늘어나는 주사기를 생각해보세요.
주사기 입구를 막고 당기는겁니다. 계속 확장되죠.
그런데 당기는 각도를 조금 틀어가지고 원형 궤도로 돌려 계속 당기다가 입구와 당김세 부분이 만나도록 하는겁니다.
그리고 결합을 하게 되면 결합되는 순간 중력의 중심이 점에서 선이 되는겁니다.
이런거는 현대 물리학계나 천체물리학계에서 논의 조차 되기 어려운 상상조차 할 수 없는 그런 영역의 내용입니다.
미래에 우주선을 만들때 원형으로 만들지 않습니까.
노벨상을 수상한 물리학자나 박사학위를 가진 하버드 교수들이
중력을 원심력에 의해 기초한다고 믿고있고 지구처럼 우주선 바닥에 있을꺼라고 상상한다는거죠.
하지만 틀렸다는겁니다. 원통의 중심의 선입니다.
그 선으로부터 5m까지 공기가 있고 5m~100m는 진공의 공간입니다.
정리하자면 공간이 크던 작던 하나의 공간에는 중력의 중심은 점이였습니다.
그런데 도넛 형태에서는 중심이 점이아니라 선이 중력의 중심이 됩니다.
토카막 방식의 핵융합 원자로를 보면 알수있습니다.
자기장이 외부에서 물질을 밀어내서 중심에 물질이 뭉쳐져있습니다.
힘이 파란색 마그네틱으로부터 밀어내고 있습니다.
하지만 도넛 형태의 인공 중력 우주선은 저 노란색 도넛의 중심선에서
파란색 표면까지 물질을 당기고 있는겁니다.
노란색 물질이 중력의 중심의 선에 붙은겁니다.
이거를 현대 물리학자에게 설명하면 뭐라고 하겠습니까
중력은 원심력에 의해서 생긴다고 믿고있습니다.
중력은 단위 면적에 중력원에 의해서 수축 되면서 생기는 수축되는 힘입니다.
우리가 지구 밖으로 나가면 그래서 몸이 펴지는거죠.
단위 면적에서 얼마나 큰 힘으로 그 공간을 수축시켰느냐에 따라 중력의 힘이 결정됩니다.
대부분 원자의 운동 상태가 변하면서 생기는 힘으로 수축시키기 때문에 질량에 비례했던겁니다.
완벽하게 이해했습니다.
만약에 우주로 가서 풍선을 입으로 불어서 입구를 막고
내부의 수증기 온도를 낮추면 수증기가 액체로 변하면서 내부로 수축하려는 힘이 생길텐데
풍선이 쭈그러들겁니다.
그래서 최대로 확장되었을때 투명 아크릴 수지를 녹여 굳힌 다음에 터트리면
풍선 내부의 공간 99.9%가 진공일꺼고 0.1%가 액체가 된 수증기일겁니다.
풍선의 중심이 중력의 중심이고,
풍선의 플라스틱 경계면부터 중력의 중심으로 물질이 끌려가는 중력장이 생긴다는거 맞으신가요?
정확하게 이해하셨습니다.
그렇게 중력을 만드시고 플라스틱 부분을 녹이면 어떻게 될까요?
맞습니다.
우주는 진공의 공간이라 플라스틱이 사라지면 그 진공의 공간이 경계면이 되는겁니다.
그러면 플라스틱이 중력장에 의해서 물질의 중심으로 끌려가는겁니다.
우리가 우주와 지구의 경계면만 넘어가면 무중력을 경험하고 중력의 경계면 안으로 들어오면 중력이 작용하는것처럼
풍선에도 중력의 경계면이 생기는겁니다.
이때 중력의 힘은 얼마나 클까요?
풍선 안에 있던 수증기가 액체로 전환되면서 1/1000배 공간을 수축시키는데
수증기가 액체로 전환된 질량에 비례합니다.
만약 풍선이 더 크고 수증기가 더 많이 들어가고
그 수증기가 액체로 전환되는 비율에 따라 단위 면적에 작용하는 중력의 힘이 결정될것입니다.
이젠 정말로 인공 중력을 가진 우주선을 실제로 만드는것이 가능해졌습니다.
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