원문: http://blogs.discovermagazine.com/outthere/2014/08/06/nasa-validate-imposible-space-drive-word/#.VG1gkfnF-rO


배경 지식:

  EM 드라이브 (http://ko.wikipedia.org/wiki/EmDrive) 혹은 전자기파 추진 장치 (https://mirror.enha.kr/wiki/%EC%A0%84%EC%9E%90%EA%B8%B0%EC%B6%94%EC%A7%84%20%EC%97%94%EC%A7%84)


  논란의 핵심 2014년 일련의 NASA 과학자들이 위의 EM 드라이브 동작 실험을 성공적으로 수행했다는 내용의 논문을 한 학회에 게재했다. 이는 NASA가 기존의 물리학적으로 불가능했다고 생각되는 물건을 '검증'한것으로 인식되어 미디어를 타게 되었다. 특히 '언더독' 스토리 "오만에 빠지고 자신들에 틀에 박힌 기존 과학계가 새삥한 마이너리티의 산뜻한 아이디어를 의도적으로 무시하다 결국 한방 먹었다."는 이야기를 좋아하는 대중들의 관심을 끌기에는 충분한 토픽이었다.


  그렇지만 그 내용 자체는 여전히 논란 거리이며, 여전히 많은 사람들은 EM 드라이브를 부정적으로 생각한다. 그에 관련한 블로그 엔트리를 하나 번역 소개한다. 

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Physicist John Baez has another, more colorful word to describe the spate of recent reports about a breakthrough space engine that produces thrust without any propellant. The word starts with “bull–.” I won’t finish it, this being a family-friendly web site and all. Baez himself has softened his tone and now calls it “baloney,” though his sentiment remains the same: The laws of physics remain intact, and the “impossible” space drive is, as far as anyone can tell, actually impossible.


추진체 없이 추력을 생성한다는 새로운 우주 추진장치에 관련해서 최근 한편의 보고서가 터져 나왔다. 이 보고서에 대해 물리학자 존 바에즈는 좀더 원색적인 단어를 사용해 논평했다. 그 단어는 "개ㅅ-" 로 시작한다.  가족용 웹사이트를 표명하는 이곳에서 굳이 그 단어를 다 적지는 않겠다. 바에즈 본인도 톤을 좀 누그러 뜨려서 요새는 그냥 "헛소리"라고 한다. 하지만 그가 느끼는 감정은 여전히 동일하다. 물리학의 법칙들은 그대로 존재하고 있으며, "불가능한" 우주 추진장치는, 우리가 알고 있는 한, 실제로 불가능하다. 


The story begins several years back with a British inventor named Roger Shawyer and his EmDrive, a prototype rocket engine which he claimed generated thrust by bouncing microwaves around in an enclosed metal funnel. Since no mass or energy emerged from the engine, Shawyer’s claim was another way of saying that he’d found a way to violate the conservation of momentum. In Baez’s words, “this is about as plausible as powering a spaceship by having the crew push on it from the inside.” Shawyer argued that he was exploiting a loophole within general relativity. Baez calls his explanation “mumbo jumbo.”


이 이야기의 시작은 몇 년 전으로 거슬러 올라간다. 영국인 발명가 로져 쇼여가 주장하기를 그의  EM드라이브라는, 프로토 타입 로켓 엔진은  밀봉된 금속 깔대기속에서 전자기파를 이리저리 충돌시켜서 추력을 발생시킬 수 있다는 것이었다. 엔진안으로부터 바깥으로 아무런 에너지나 질량이 분출되지 않기 때문에, 쇼여의 이 말은 다르게 말하면 운동량 보존의 법칙을 깨뜨릴 수 있는 방법을 찾았다는 말이 된다. 바에즈의 말을 옮기자면, "이게 무슨 소리냐 하면, 우주선 안쪽에서 승무원들이 우주선을 밀어서, 우주선을 전진 시킬수 있다는 말이랑 거의 같다." 쇼여는 자기가 일반 상대성 이론에 존재하는 빈틈을 이용한다고 주장한다. 바에즈는 그 주장을 "주저리주저리"이라고 말한다.


Everything in science is open to questioning, of course, but nobody is going to throw out all the textbooks on the say-so of a single inventor trying to raise money for his company, SPR Ltd. Conservation of momentum is one of the most fundamental and thoroughly confirmed principles in physics. The EmDrive therefore got little notice outside of the “weird science” web sites. Last year, a Chinese group reported success with a similar device, prompting another blip of fringe coverage but little more.


물론, 과학의 모든 것은 의문시의 대상이 된다. 하지만 자기네 회사 (SPR 유한회사) 의 자금을 마련하고자 하는 발명가 한사람이 뭐라고 말했다고 해서, 교과서를 전부 던져버리는 사람은 없다. 운동량 보존은 물리학의 가장 근본적이며 엄밀하게 확인된 원리중의 하나이다. EM 드라이브는 그러므로 "기묘한 과학" 류의 사이트 말고는 거의 주목을 받지 못했다. 작년, 중국의 한 그룹이 비슷한 장치의 성공을 보고해서, 언저리 과학계에서 약간의 논란이 오고갔지만 그 뿐이었다. 



Then Guido Fetta (a self-described “sales and marketing executive with more than 20 years of experience in the chemical, pharmaceutical and food ingredient industries”) built a third version of the EmDrive, renamed the Cannae Drive. Fetta convinced a sympathetic group of researchers at the Eagleworks Laboratories, part of NASA’s Johnson Space Center, to give it a test. The results were maybe, tentatively, a little bit encouraging. And that is when the nonexistent propellant really hit the fan.


이후 귀도 페타 (스스로 밝힌바에 따르면 "화학, 제약, 식재료 산업에서 20년 이상의 경험이 있는 세일즈와 마케팅 전문가.") 가 EM 드라이브의 세번째 버전을 만들었고, 그걸 카나에 드라이브 라고 명명했다. 페타는 나사의 존슨 우주 센터의 일부인 이글워크 연구실에서 일하는, 어떤 동정적인 그룹의 동의를 얻어내서, 그걸 한번 테스트 해보도록 설득해냈다. 그 결과는. 확정된건 아니지만, 어쩌면 조금 가능성이 있을 수 있다는 거였다. 그러자 이 존재하지 않는 추진제는 갑자기 유명해져 버렸다.  


A number of publications that should have known better threw caution to the wind. “Nasa validates ‘impossible’ space drive” was the headline in an online story by WiredUK. The author, David Hambling, declared that an engine like the EmDrive could “take astronauts to Mars in weeks rather than months,” and even managed to work in nationalistic hand-wringing about “another great British invention that someone else turned into a success.” Soon the madness crossed the pond; “Space Engine Breaks Laws of Physics,” declared Popular Mechanics. “EmDrive is an Engine That Breaks the Laws of Physics and Could Take Us to Mars,” summarized Mashable.


좀더 진중했었어야 할 곳들에서, 그런 보도 결과의 위험성은 무시한채, 성급한 보도가 이어졌다.


   "나사가 '불가능한' 우주 엔진을 검증했다." 


이건 WiredUK의 온라인 판의 제목이었다. 그 글을 쓴 데이비드 험블링은 EM드라이브 같은 엔진은 "화성의 유인 우주선이 몇달이 걸리는 대신 몇주만에 도착하게 할 수도 있다." 라고 단정했다. 심지어 국가주의자적인 포즈를 취하면서 "영국의 위대한 발명이 다른나라 사람의 손에서 성공한 또다른 예"라고 까지 썼다. 곧 광기가 퍼져나갔다.


   "우주 엔진이 물리학의 법칙을 깨다."


포퓰러 메카닉스 사이트는 위와 같이 단정했다. 


   "EM 드라이브는  물리학의 법칙을 깨는 엔진이며 인류를 화성으로 데려다 줄 수 있다."


마셔블 사이트는 위와 같이 요약 보도했다.



Put It to the Rocket-Science Test

로켓-과학 수준의 실험에 놓아보기



Perhaps we should take a long cool drink at this point. Let’s start with the “NASA validates” part. NASA is a huge agency, with more than 18,000 employees. The testing was done by five NASA employees in a lab devoted to exploring unorthodox propulsion ideas. The team leader is a researcher named Harold “Sonny” White, himself a proponent of ideas about faster-than-light warp drives that most of his colleagues have classified as physically impossible. The lead author is one of White’s Eagleworks teammates, David A. Brady. Calling this group “NASA”—as almost every popular news story has done—is a gross oversimplification.


이 시점에서, 차가운 물을 한잔 정도 쭉 들이키고, 잠시좀 식혀 보는게 어떨까 한다. 먼저 "나사NASA가 검증했다" 부분부터 살펴보자. 나사는 큰 조직이다. 직원도 만 팔천명이 넘는다. 이 실험은 다섯명의 직원들에 의해 이루어 졌고, 그들이 속한 실험실은  정통적이지 않은 추진력 아이디어를 시도해보기 위해 설립된 곳이다. 그 팀의 리더는 해롤드 '서니' 화이트'라는 연구원으로, 그 본인은초광속 와프 드라이브의 관련된 아이디어의 신봉자이기도 하다. 초광속 워프 드라이브의 아이디어들도 많은 수의 동료 과학자들은 물리학적으로 불가능하다고 여기고 있다. 논문의 제일 저자는 화이트의 이글워크팀 동료인 데이비드 A 브래디이다. 이 그룹을 그냥 "나사"라고 퉁쳐서 부르는 것은 (거의 대부분의 유명한 뉴스 사이트들은 이렇게 했지만)  지나친 단순화이다. 



Still, science is science: What matters are data, not motivations or semantics. Did White et al actually validate Fetta’s version of the EmDrive? The abstract of their paper, which was presented at a propulsion conference in Cleveland, is freely available online. Reading it raises a number of red flags. The methodology description makes it unclear how much of the testing took place in a vacuum—essential for measuring a subtle thrust effect. The total amount of energy consumed seems to have been far more than the amount of measured thrust, meaning there was plenty of extra energy bouncing around that could have been a source of error.


그치만 과학은 과학이다. 중요한건 데이터이지, 동기나 의미가 아니다. 그래서, 화이트는 페타가 만든 버전의 EM 드라이브를 실제로 검증한 것일까?  이 논문은 클리블랜드에서 있었던 한 추력 학회에서 발표되었으며, 그 요약본(초록)은 온라인 상에서 공짜로 다운 받을 수 있다.  나는 실제로 이 논문을 읽다가,  머리속에서 여러차례 빨간불이 들어왔다. 먼저 방법론에 관한 설명에 있어서, 이 실험의 얼마만큼이 진공에서 이루어졌는지가 불명확 하게 되어 있었다. 진공을 유지하는 일은 아주 미묘한 추력 효과를 측정하는데 있어어 필수적이다. 또, 투입된 전체 에너지 양이 측정된 추력의 양에 비해 훨씬 더 많았다. 그 말인즉 상당한 양의 잉여 에너지가 돌아다니고 있었고, 그 에너지는 오류의 원인이 될 수 있었다는 말이다. 


Worst of all is this statement from the paper: “Thrust was observed on both test articles, even though one of the test articles was designed with the expectation that it would not produce thrust.” In other words, the Cannae Drive worked when it was set up correctly—but it worked just as well when it was intentionally (disabled) set up incorrectly. Somehow the NASA researchers report this as a validation, rather than invalidation, of the device.


그렇지만 논문에서 최악인 부분은 이거였다. 


  "추력은  실험체 양쪽 모두에서 관측되었다. 그중 한쪽은 실제 추력을 발생시키지 않도록 설계 되었음에도 불구함에도 그러했다.."


다시말하자면, 카나에 드라이브는 올바로 구성했었을 때문만, 아니라 (동작하지 않도록) 일부러 잘못 만들 구성했을 때도 동작했다는 말이다. 이런데도, 이 나사 연구자들은 이 실험을 "검증 실패" 가 아니라 장치의 "검증 성공"이라고 보고했다. 



Did I say that was worst of all? I may have  take that back. In the paper by White et al, they also write that the Cannae Drive “is producing a force that is not attributable to any classical electromagnetic phenomenon and therefore is potentially demonstrating an interaction with the quantum vacuum virtual plasma.” That last bit stopped me. What’s a quantum vacuum virtual plasma? I’d never heard the term, so I dropped a note to Sean Carroll, a Caltech physicist whose work dives deeply into speculative realms of cosmology and quantum theory.


저 부분이 최악이었다고 했던가? 아니 그 말은 취소해야겠다. 화이트 등등이 지은 이 논문은 카나에 드라에브에 대해 다음과 같이 서술하고 있다. 


"카나에 드라이브는 기존의 고전적인 전자기 현상으로 설명할 수 없는 힘을 생성하고 있다. 그러므로 이것은 양자 진공 버추얼 플라즈마와의 상호작용을 보여주고 있는 것일 가능성이 있다."


이 부분에서 나는 잠시 멈춰야 했다. 양자 진공 버추얼 플라즈마가 뭐지? 나는 그런 말은 들어본적이 없었다. 그래서 칼텍의 물리학자 숀 캐럴에게 문의를 보냈다. 캐럴의 연구 분야는 우주학과 양자역학에서도 깊고도 사변적인 부분을 파고든다.  


Carroll wrote back immediately, with a pointed message: “There is no such thing as a ‘quantum vacuum virtual plasma,’ so that should be a tip-off right there. There is a quantum vacuum, but it is nothing like a plasma. In particular, it does not have a rest frame, so there is nothing to push against, so you can’t use it for propulsion. The whole thing is just nonsense. They claim to measure an incredibly tiny effect that could very easily be just noise.” There is no theory to support the result, and there is no verified result to begin with.


캐럴은 즉시 날선 답장을 보내주었다.


"양자 진공 버추얼 플라즈마 라는 것은 없어. 그러니 무슨 비밀 정보 같은건가 보지. 양자 진공이란건 있어. 근데 그건 플라즈마랑은 전혀 달라. 특히 양자 진공은 고정계가 없어. 그러니 대고 밀어낼 만한 무언가가 없는거야.  그러니 그걸 가지고 추력을 얻을 수 없다. 이건 전부 그냥 말도 안되는 소리야. 이 사람들은 그냥 단순히 '실험 오차 noise'일 수 있는 아주아주 미세한 효과를 측정했다고 주장하고 있어." 


(논문에는) 결과를 뒷받침 할 수 있을 만한 이론이 없었다. 아니 그보다 먼저 검증된 결과 라고 할만한 게 아예 없었다. 


The Cost of Spaced-Out Dreams

우주를 향한 꿈의 비용


It is possible that there is some way around conservation of momentum. It is possible that there is a way to tap into the quantum vacuum. Heck, it is even possible that there is a way to build a useful warp drive. Nobody claims that our current understanding of physics is complete, and the things we do not know could be vast. At the same time, the important point here is that the things we do know are also vast. Overthrowing centuries of well-established ideas about how the world works is not something to be done lightly—certainly not on the basis of a single paper that has yet to be vetted by any independent researchers (the “NASA validated” headlines notwithstanding).


운동량 보존의 법칙을 돌아갈 수 있는 방법이 존재할 수도 있다. 양자 진공을 이용할 수 있는 방법이 있을 수도 있다. 젠장, 심지어 쓸만한 워프 엔진을 만들 수 있는 방법이 존재 할 수도 있다. 우리의 현재 물리학 지식이 완전하다고 주장하는 사람은 아무도 없다. 우리가 아직 알지 못하는 것들은 방대한다. 그렇지만 여기서 중요한 것은, 동시에, 우리가 현재 알고 있는 것들도 마찬가지로 방대하다는 거다. 세계가 어떻게 동작하는지에 대해 수세기에 걸쳐 잘 정립된 아이디어들은, 가볍게 던져버릴 수 있는 게 아니다. 특히나 이 논문은 아직  다른 수많은 독립된 연구자들에 의해서 면밀히 검증되어야 할 것이다. ("나사가 검증"어쩌고 따위의 기사 제목에도 불구하고 말이다.)


That’s part of why this space-drive story bothers me so much. Abandoning known science when it feels good to do so is a dangerous proposition. As Carroll later tweeted, “The eagerness with which folks embrace sketchy claims about impossible space drives would make astrology fans blush.” I am personally a huge space enthusiast; I would love to see a new type of propulsion that would make it easier to explore the universe. But having your heart in the right place is no excuse to walk away from normal critical thinking. It is not materially different than the approach of people who reject science when they don’t like what it says about climate change, vaccines, or genetically modified organisms.


내가 우주-엔진 이야기를 아주 불편하게 생각하는 것은 이 부분이다. '기분이 좋아지기 때문에' 기존에 알려진 과학을 포기하자는 일은 위험한 접근이다. 캐롤이 나중에 트윗한것 처럼


   "불가능한 우주 엔진에 대한 어설픈 주장들을 받아들이려고 하는 대중들의 열망은, 점성술을 믿는 사람들조차 부끄럽게 할 지경이다."


개인적으로 나는 엄청난 우주 예찬론자이다. 나도 진심으로 우주를 탐험하기 쉽게 만들어줄 새로운 형태의 추진엔진이 나왔으면 한다. 그렇지만 그저 가슴속에 열망이 있다는 것으로는 정상적인 비판적 사고를 벗어나는 일에 대한 용서가 될 수 없다.  그러는 것은 기후변화, 백신, 유전자 조작 식품에 관한 이야기를 싫어하기 때문에, 아예 과학을 거부해 버리는 사람들의 태도와 실질적으로 다르지 않은 것이다.


The other danger here is that glorifying dubious shortcuts like Cannae Drive takes away attention (and, potentially, political support and funding) from the real space-exploration advances. You know, the ones that result from the hard work of large teams, not the tinkering of lone inventors. When the results of the Cannae Drive prove impossible to validate (as will almost surely happen), it may produce an unjustified cynicism about how NASA has failed us once again. I’m not just speculating here. In a whiplash pivot, the same Popular Mechanics story that starts with the breathless headline ends with a sneer. The writer concludes, “But I’m still wondering, how much did it cost to run this test? During this era of tight budgets, is NASA wasting money on fringe science?”


여기에 또 다른 위험 요소가 있다. 카나에 엔진과 같은 의심스러운 발명을 찬양하는 일은, 진정한 우주-탐사의 발전으로 부터 사람들의 관심을 (그리고 아마도 정치적인 후원과 자금 또한) 멀어지게 한다는 것이다. 진정한 발전이란 큰 팀의 성실한 노력의 결과로 부터 얻어지고 있는 것이지, 고독한 발명가가 깨작거리고 있는 것들이 아니다. 카나에 드라이브의 결과가 검증의 불가능한것으로 판명 되면 (거의 확실히 그렇게 될 것이다),  나사가 어쩌다 다시금 실패했는지에 관한 불공평한 비판들이 생겨날 것이다. 그냥 막 하는 소리가 아니다. 위의 숨이 탁 막히는 제목을 가지고 시작했던 "포퓰러 메카닉" 기사 부터가 조롱으로 끝을 맺고 있다.


"하지만 의문스러운 것은, 이 실험을 하는데 얼마가 들었을까 하는 것이다.  예산이 빠듯해진 이 시절에도, 나사는 언저리 과학에 낭비할 돈이 있는 건가?"


That question is easy to answer, actually. Five researchers at Eagleworks Laboratories spent a total of 8 days testing the Cannae Drive, using mostly existing equipment. Assuming they each spent about half a day on the test, that is the salary equivalent of about $7,000, give or take. In the annals of government waste, $7,000 ranks as a footnote to a footnote to a footnote. I find it telling, then, that the issue of money is coming up at all. It is the crash that comes after inhaling the high of an up-with-people story in which sheer optimism can trump the laws of physics.


사실, 이 질문은 대답하기 쉽다. 이글워크 연구실의 다섯명의 연구원이 카나에 드라이브를 실험하기 위해 8일간을 보냈다. 실험은 대게 기존의 장비를 이용하여 진행되었다. 그러니 각각 하루의 절반을 이 실험에 소모했다고 치면, 이 사람들 연봉으로 봐서 대충 $7,000의 정도이다. 정부의 낭비된 예산 기록에서 $7000의 금액은 각주의 각주의 각주정도에 위치한다. 그치만 돈 이야기는 기껏해야 '전희'에 불과하다. 중요한 것은 단순한 낙천주의가 물리의 법칙을 이길수 있다는 '황홀경'이 지나가고 난 다음, 찾아오는 '파멸 효과'이다. 


The reality is that space exploration is expensive, difficult, and time-consuming. Therein lies both its challenge and its glory. The Rosetta mission making a historic rendezvous with comet Churyumov-Gerasimenko this week was in development for two decades. The intrepid New Horizons mission, scheduled to soar past Pluto next July, is fulfilling a cancelled part of NASA’s Grand Tour, originally planed in 1972. It took tremendous determination and engineering prowess to make these missions happen. The people who did the hard work deserve our respect and our admiration, not our delusions that there is an easy way out.


현실은, 우주 탐사는 비싸고, 어렵고, 시간이 오래걸린다는 것이다. 우주 탐사의 영광과 도전은 모두 그런 사실에 기인한다. 이번 가을 로제타 호는 츄류모프-게라시멘코 위성과 역사적인 랑데뷰를 한다. 이십년동안 진행된 계획을 통해 이루어 진 것이다. 뉴 호라이즌호는 내년 7월에 명왕성을 지나가게 되어 있다. 1982년에 최초 설럽되었던 나사의 대 탐험 계획에서 취소되었던 부분을 완성하는 것이다. 이런 계획들이 실행되도록 만드는 데는 엄청난 양의 결단과 기술적인 능력이 요구된다. 힘든 일을 했던 사람들이야 말로 존경과 찬사를 받을 자격이 있는 거지, 더 쉬운 길이 있다는 망상이 그 자리를 차지하면 안될 것이다.  


Someday space travel may be simple and accessible to all. I certainly hope so. For now, though, we still live in the age of ad astra per aspera: through hardship, to the stars.

 

언젠가 우주 여행이 누구에게나 쉽고 간단하게 될 날이 올 지도 모른다. 나도 꼭 그렇게 되었으면 좋겠다. 하지만 지금은, 우리는 여전히 "ad astra per aspera"의 시절에 살고 있다: "별에 닿기 위해서는 고난을 거쳐야 한다."