마그매터

마그매터는 이색 물질의 일종으로, 극도로 작은 원자 유사 입자들로 구성된다. 이 입자들은 단극자라 불리는 여러 유형의 위상학적 진공 결함으로 이루어져 있다. 단극자로 만들어진 "마그원자"는 보통 물질의 원자보다 훨씬 작다. 그 때문에 마그매터의 밀도는 훨씬 높다. 원자들을 묶는 결합 에너지도 훨씬 크기 때문에, 마그매터는 보통 물질보다 훨씬 강하며 다른 유용한 특성도 지닌다. 그러나 제조와 사용의 어려움, 그리고 일반 물질과 근접했을 때의 안전 문제로 인해, 마그매터 생성 및 조작 기술은 거의 전적으로 3차 특이점(Singularity) 이상의 초월지성(Transapient)만 사용할 수 있다.

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마그트론과 마그핵

각 단극자 유형은 고유한 보존 위상학적 성질을 여럿 지니며, 그중 가장 중요한 것은 자하(磁荷)다. 이 자하의 기본 단위는 전하의 기본 단위, 즉 전자의 전하량의 137/2배에 해당한다. '마그트론'으로 알려진 유형의 단극자는 -1의 자하를 가질 수 있으며, 이것이 가장 가벼운 자하 입자다. 마그트론은 +1 또는 -1의 자하와 1.5 TeV/c²의 질량을 지닌다. "마그핵"으로 알려진 유형은 여러 단위의 자하를 지닐 수 있으며, 일반적으로 +1에서 +12까지이지만 더 높은 자하의 마그핵자를 만드는 것도 가능하다. 음전하를 띤 마그핵도 존재하지만 거의 사용되지 않는다. 마그핵의 질량은 자하당 약 10 TeV/c)²다. 마그트론과 마그핵, 이 두 단극자 유형은 서로 소멸하지 않는다. 다만 전자와 양성자에 반입자가 있듯이, 두 종류의 단극자에도 반입자(반마그트론 및 반마그핵자 계열)가 존재한다. 단극자가 자신의 반입자와 만나면 양쪽 모두 소멸한다. 단극자는 고에너지 물리학 반응에서 엔트로피적으로 불리하다. 가속기에서는 극히 드물게, 혹은 전혀 생성되지 않으며, 생성을 위해서는 진공 위상에 대한 정밀한 제어가 필요하다. 그러나 일단 생성되면 마그트론과 마그핵 모두 안정적이다. 마그트론과 마그핵은 모두 페르미온이며, 보손성 자기 단극자와 중성 페르미온으로 구성된 것으로 본다. 마그트론이 마그핵을 만나면 서로 결합한다. 강한 자하와 큰 마그트론 질량을 바탕으로 계산하면, 마그원자의 결합 에너지는 약 300 TeV에 이를 것으로 예상된다. 그러나 가까운 거리에서는 진공 자기 편극이라는 효과로 인해 자하가 강하게 차폐되어, 순수 자기력은 MeV 수준의 결합 에너지로 제한된다. 마그매터 단극자들은 힉스 장이 매개하는 추가적인 단거리 상호작용으로도 결합된다. 마그원자 내부에서 이 상호작용은 자기력보다 훨씬 강하다. 마그원자의 결합 에너지는 약 300 GeV다. 힉스 보손 결합은 자하의 부호에 관계없이 항상 인력으로 작용하기 때문에, 마그트론과 마그핵의 자하가 같은 마그원자도 형성될 수 있다. 다만 이런 원자는 매우 희귀한데, 형성되려면 강한 자기 척력을 극복해야 하기 때문이다.

음전하와 양전하를 띤 마그핵끼리도 마그원자를 형성할 수 있다. 이 경우 마그트론 기반 마그원자보다 약 10~50배 작다. 하지만 이를 건설 소재로 사용하기는 훨씬 어렵다. 서로 다른 마그핵들은 파울리 배타 원리의 적용을 받지 않아, 대부분의 경우 더 복잡한 분자 형성이 억제되지 않기 때문이다. 이하 본문은 마그트론 기반 마그원자를 다룬다.

마그매터의 크기와 강도

가장 작은 마그원자의 지름은 3E-19 m로, 일반 물질 원자보다 3억 배 작다. 전형적인 마그원자는 일반 원자보다 약 10,000배 무겁기 때문에, 마그매터의 전형적인 밀도는 1E33 kg/m³에 달한다. 힘은 단위 거리당 에너지이므로, 마그화학 결합을 끊는 데 필요한 힘은 전자 화학 결합을 끊는 데 필요한 힘보다 크다. 그 비율은 에너지 비율(300 GeV / 13.7 eV)을 길이 비율로 나눈 값, 즉 700경(7E18) 배다. 소재의 강도는 보통 파단에 필요한 단위 면적당 힘으로 정의된다. 각 마그화학 결합이 7E18배 더 큰 힘을 견디는 데다, 단위 면적당 결합 수도 (3억)²배 더 많으므로, 마그매터의 강도는 동등한 일반 물질보다 약 8E35배 더 크다.

고강도 소재가 요구되는 분야에서 중요한 지표는 보통 단위 질량당 강도다. 약하지만 매우 가벼운 소재는 양을 늘려 강도를 보완할 수 있고, 결국 강하지만 밀도가 높은 소재보다 가벼운 구조물을 만들 수도 있기 때문이다. 단위 질량당 강도는 보통 자유 파단 길이, 즉 해당 소재로 만든 구조물이 균일한 1G 중력장 안에서 자체 무게를 견디며 버틸 수 있는 최대 높이로 측정된다. 이 값은 결합 에너지 비율(300 GeV / 13.7 eV)에 비례하고 마그원자 질량 비율(10,000)에 반비례한다. 따라서 자유 파단 길이는 동등한 일반 물질보다 약 200만 배 길다. 전형적인 마그매터 소재의 자유 파단 길이는 약 2억 킬로미터이며, 최대 200억 킬로미터에 달하는 소재도 알려져 있다. 이는 마그매터가 뱅크스 오비탈이나 링월드조차 지탱할 수 있는 인장 강도를 갖추고 있음을 의미한다.

마그매터 화학

모도소폰트 연구자들은 비슷한 성질을 가진 마그매터 구조를 지칭할 때 일반 화학의 명칭을 차용해왔다. 예를 들어, 4가 마그원자가 큰 분자를 형성하는 경우를 '마그탄소(magcarbon)'라 부른다.

거의 모든 마그매터 물질은 녹는점이 1E13 K를 넘는다. 따라서 일반적인 조건에서 마그매터는 항상 절대영도에 매우 가까운 상태이며, 마그원자는 언제나 격자 내 최저 에너지 위치에 자리잡는다. 마그매터 기술에서 아마도 가장 큰 난제는, 마그매터 결정의 빠른 재구조화를 요구하는 기능을 위해 충분히 높은 온도를 마련하는 것이다.

마그매터와 일반 물질의 상호작용

일상적 경험에 따르면, 두 물질 덩어리는 서로를 통과할 수 없다. 이는 전자가 결합한 물질을 다뤄 온 경험에서 비롯된다. 전자는 스핀 상태가 다른 경우를 제외하면 같은 공간에 두 개가 동시에 존재할 수 없는 성질을 가진다. 손을 탁자에 밀어넣으면, 손의 전자가 탁자의 전자와 같은 공간을 차지할 수 없어 밀집되고, 전기장 세기가 증가한다. 이 과정에는 에너지가 필요하므로 탁자가 손을 밀어낸다.

전자는 마그매터 단극자와 같은 시공간을 차지할 수 있다. 양성자와 중성자, 그리고 일반 물질을 구성하는 다른 모든 입자도 마찬가지다. 일반 물질이 마그매터 덩어리를 그냥 통과하는 것을 막을 요소는 없다. 단극자에 전기장이 있다면 일반 물질을 밀거나 끌어당길 수 있겠지만, 단극자에는 전기장이 없다.
단극자에는 전하를 띠는 '다이온(dyon)'이라는 여러 들뜬 상태가 존재한다. 그러나 이들은 불안정하므로, 일반적인 상태의 마그매터는 전기적으로 중성이다. 일반 물질과 마그매터 사이의 주된 상호작용은 모두 사라진다.

단극자는 자기장을 가진다. 이는 물질과 어느 정도 상호작용할 수 있다. 실제로 자기장의 세기 때문에, 단독 단극자와 일반 물질의 이 상호작용은 화학 결합과 비슷한 강도를 가질 수 있다. 물질과 자기장의 상호작용은 다음 몇 가지 범주로 나뉜다.

• 반자성 물질은 자기장을 밀어내고, 자기장으로부터도 밀려난다. 대부분의 물질은 반자성이다. 자유 단극자는 반자성 물질에 밀려나 그 부피 내부를 피한다. 강한 상호작용은 아니지만, 자유 단극자가 대부분의 물질 안에 박히는 것을 막을 만큼은 충분하다.

• 상자성 물질은 자기장에 끌리고, 자기장도 이를 끌어당긴다. 예를 들어 액체 산소는 가장 강한 일반 상자성체 중 하나다. 자유 단극자는 상자성 물질에 끌려 그 내부에 갇힐 수 있다. 그러나 중요한 점은, 모든 핵심 전자는 반자성이므로 자유 단극자는 원자핵 근처와 원자 중심부는 피하는 경향이 있다.

• 강자성 물질은 자석에 강하게 끌리고, 자석도 이를 강하게 끌어당긴다. 철, 니켈, 코발트는 모두 강자성체로, 일상적인 자석을 만드는 데 쓰인다. 자유 단극자는 강자성체에 끌리며, 화학 결합 강도에 준하는 세기로 결합할 수 있다.

• 반강자성체는 거시적인 자기 상호작용은 거의 없지만, 미시적인 자기 질서를 가진다. 자유 단극자는 반강자성체로부터 강하게 밀려난다.

• 초전도체는 모든 자기장을 강하게 밀어내고, 자기장으로부터도 강하게 밀려난다. 자유 단극자는 초전도체로부터 강하게 밀려난다.

위의 내용은 모두 자유 단극자를 전제로 한다. 단극자들이 결합하여 마그원자를 형성하면, 반대 자기전하가 서로를 차폐해 복합 구조를 이룬다. 일반 원자 규모에서 이 구조는 자기적으로 중성을 띤다. 단일 중성 마그원자나 마그분자는 일반 물질을 마치 없는 것처럼 통과한다. 예외는 순 전기 쌍극자 모멘트를 가진 마그원자나 마그분자다. 일부 일반 원자가 작은 막대자석처럼 행동하듯, 일부 마그원자는 작은 막대 일렉트릿처럼 행동한다. 전기장이 주변 물질을 분극시켜 약한 결합을 만든다.

마그매터와 접촉한 일반 물질의 안정성

칼란-루바코프(Callan-Rubakov) 중입자 촉매 메커니즘은 GUT형 단극자에는 존재하지만, 대칭 깨짐의 후기 단계에서 유래한 단극자에는 존재하지 않는다. 따라서 GUT 단극자·다이온은 중입자 붕괴를 촉매할 수 있어 전환 반응기와 전환 드라이브 추진용 에너지 생산에 유용하다. 반면 마그매터라는 고밀도 기질에서 발견되는 단극자는 촉매 작용을 하지 않는다. 그 결과 마그매터는 일반 물질과 결합된 상태에서 비교적 안정적이고 다루기 쉬우면서도, 자기전하와 극도의 밀도라는 유용한 특성을 유지한다.

마그-폴리머 '버키튜브'

차원을 하나 높이면 나노튜브에 해당하는 자기적 등가물이 만들어진다. 나노튜브는 일반 물질의 다양한 원자와 분자로 제작되어 왔으며, 자기적 유사체 역시 존재한다. 마그-폴리머는 나노튜브처럼 행동하는 길고 가느다란 마그분자다. 일반 원자 규모에서 이들은 자기적으로 중성이며, 전기 쌍극자 모멘트도 없다. 따라서 일반 물질을 마치 없는 것처럼 통과한다.

전자기 복사와의 상호작용

...일반 물질에서

전자기 복사가 일반 물질에 입사하면, 복사 안의 전기장이 물질을 구성하는 하전 입자들을 밀고 당긴다. 복사의 진동수가 분자나 응집 물질의 특정 진동 모드와 맞아떨어지면, 복사는 원자를 밀고 당겨 분자나 응집 물질을 진동시키며 일부 에너지를 흡수한다. 대부분의 분자에서 이 진동 진동수는 중적외선에서 원적외선 영역에 해당하며, 에너지로는 수십 meV 수준이다. 응집 물질에서는 탄성파가 임의로 낮은 진동수에서도 진동할 수 있어, 중적외선 이하의 모든 진동수 복사를 흡수할 수 있다. 단, 많은 진동수에서 이 흡수는 매우 약할 수 있다.

복사의 진동수가 전자 전이와 공명하면, 전자를 더 높은 에너지 상태로 옮기면서 복사를 흡수할 수 있다. 전형적인 전자 전이 진동수는 가시광선 및 근적외선 영역에 해당하며, 약 1~10eV 에너지 범위다. 도체에서는 전하 운반체가 자유롭게 이동하며 복사로부터 개별적으로 에너지를 얻을 수 있다. 이 때문에 임의로 낮은 에너지에서도 흡수 메커니즘이 가능하고, 전자 흡수가 임의로 낮은 진동수에서도 일어날 수 있다.

흡수 외에도 복사에 크게 영향을 미치는 차폐(screening) 효과가 있다. 금속을 예로 들면, 전하 운반체인 전자는 자유롭게 움직일 수 있다. 정적 전기장을 가하면 전자는 장에 반응하여 이동하고, 양의 장 방향으로 쌓이며 음의 장 방향은 고갈된다. 이 전하 분리는 외부 장에 반대되는 '유도' 장을 만든다. 장이 조금이라도 남아 있는 한 전자는 계속 이동한다. 결국 금속 표면에 쌓인 전하가 만든 유도 장이 외부 장을 금속 내부 어디서든 정확히 상쇄할 때 비로소 안정 상태에 이른다.

마찬가지로 절연체를 정적 전기장에 노출하면, 전자는 한 방향으로, 원자핵은 반대 방향으로 당겨져 물질에 분극이 생긴다. 이 전하 분리는 외부 장을 부분적으로 상쇄하지만, 전하 운반체가 자유롭게 이동하지 못하므로 완전한 상쇄는 이루어지지 않는다.

가해지는 장이 정적이 아니라 전파하는 전자기파라면, 물질 내의 전하 운반체가 파동이 한 주기를 완성하는 시간 안에 반응할 수 있을 때 파동의 전기 성분이 차폐된다. 금속에서는 파동이 내부에서 완전히 차폐되어 차단된다. 표면에서 생성된 전류와 전하는 표면에서 멀어지는 방향으로 또 다른 파동을 만든다. 이것이 반사파이며, 금속이 훌륭한 반사체인 이유를 설명해 준다. 반사는 표면에서 일어나므로 복사는 물질 깊숙이 침투하지 못하고, 흡수 기회가 거의 없다. 물론 약간의 흡수는 항상 존재한다. 금속 표면이 복사의 파장 규모에서 매끄러우면 반사는 정반사(specular)로 일어나고, 그렇지 않으면 복사를 산란시킨다. 금속의 전자는 가시광선 영역까지의 진동수 변화에 반응할 수 있다. 따라서 금속은 가시광선, 적외선 전체, 테라헤르츠파, 마이크로파, 전파, 극저주파에 대해 모두 우수한 반사체다.

...마그매터에서

마그매터에서는 전자기 복사의 자기장이 자기 전하를 띤 단극자를 밀고 당긴다. 일반 물질과 마찬가지로 이는 마그분자나 마그고체에서 진동을 일으킬 수 있다. 진동 주파수는 복원력 상수를 질량으로 나눈 값의 제곱근에 비례한다. 이는 물리학 입문 학생들에게 친숙한 '이상적인 용수철' 공식과 같다. 마그화학 결합의 복원력은 일반 화학 결합보다 약 7×10¹⁸배 크므로, 진동 주파수는 일반 물질보다 약 3×10⁷배 높다. 이는 수십 keV에서 수 MeV에 해당하며, 일반 물질 원자핵의 붕괴 에너지와 비슷하다. 마그트론 전이는 전자 전이보다 약 2×10¹⁰배 더 에너지가 크므로, 수십~수백 TeV 에너지 범위의 감마선 영역에서 발생한다. 이는 일반적인 입자 가속기로 생성할 수 있는 에너지를 훨씬 초과한다.

마그매터는 일반 물질이 전기장을 차폐하는 방식과 동일하게 전자기 복사의 자기장을 차폐한다. 마그매터에 자유롭게 이동할 수 있는 자기 전하가 있다면, 즉 자기 도체라면, 마그트론 전이의 전형적인 에너지보다 훨씬 높은 영역까지 강한 반사성을 가진다. 그 결과, 아무리 에너지가 높은 빛이라도 사실상 모든 주파수를 반사한다. 따라서 마그도체는 반응 추진 장치에서 모든 파장의 방출광에 대한 완전 반사경으로 활용될 수 있다. 다만 무게 문제가 심각해 몇 가지 어려운 공학적 과제가 생긴다.

절연체 마그매터는 핵 감마선 에너지부터 X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 테라헤르츠파, 마이크로파, 라디오파, 극저주파(ELF)에 이르는 모든 파장의 빛에 대해 대체로 투명하지만 굴절성을 띤다.

중성자별과 마그매터

마그매터는 일반 물질에 비해 놀라울 정도로 강하지만, 중성자별 표면에서 활용하기에는 그다지 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다. 마그매터는 정교한 물질 고정 기술을 쓰지 않는 한 중성자 물질을 그대로 통과해 버린다. 중성자별의 표면 중력은 약 10¹² G에 달한다. 마그매터의 강도 대 질량 비는 일반 물질보다 약 2×10⁶배 높지만, 이를 감안해도 중성자별에서의 자유 파단 길이는 겨우 20cm~20m에 불과하다.

힐데마르의 매듭으로 알려진 이색적인 이형소폰트들은 일부 중성자별의 물질 내부에서 유지되는 생명 유사 현상이다. 이들은 기술이라는 개념을 갖고 있지 않으며 우주의 나머지 부분에 거의 관심을 두지 않는다. 매듭과의 교류 및 교역을 위해 마그매터 기술을 적용하려는 시도는 지금까지 성공하지 못했다.

마그생명체

'유기 마그화학'과 초고온을 활용하면 초소형 생명체를 만들어낼 수 있고, 이를 마그생명체(maglife)라 한다. 이 생명체들은 열 감마선 방출로 인해 위험한 방사선을 내뿜는다. 마그생명체의 신진대사는 매우 빠른 속도로 이루어지며, 크기는 극히 작고 밀도가 높다. 발전된 마그생명체 문명의 한 예로는 TRHN의 마그비비시스템 하이퍼폴리티가 있다.

마그매터의 활용

마그매터의 통제된 제조와 대량 생산은 섬세하고 복잡한 공정이다. 제3 특이점 수준 지성체의 고도화된 제어 능력과 물류 능력이 필요하다. 초기 S3 초월지성들은 비교적 빠르게 대량 마그매터 제조 기술을 습득했고, 조석력·가속도 보상 질량체, 초미세 고강도 케이블과 지지재(메가구조물 공학용), 전환 추진 로켓 노즐과 대형 군사 수송선·무기 플랫폼용 사실상 불파괴 코팅재 등 다양한 분야에 적용했다.

마그매터는 흔히 전환 추진과 초강력 소재의 맥락에서 언급되지만, 실제로 가장 큰 영향은 제3 특이점 지성체들의 더 복잡한 장치 내부에서 나타났다. 그 결과 빚어진 기술 혁명은 많은 이들이 불의 정복, 농업, 나노기술에 필적한다고 본다.

피코 스케일 장치

일반 원자의 크기는 약 100~200피코미터다. 일반 물질로 만들 수 있는 가장 단순한 기계 장치는 나노 스케일(1나노미터 = 1,000피코미터)이다. 마그원자는 이보다 약 50억 배 작아, 원자핵보다도 작다. 마그매터를 이용하면 피코미터 스케일에서도 꽤 복잡한 장치를 만들 수 있다. 이 스케일의 모든 작동은 불확정성 원리의 제약을 받으므로, 피코 스케일 기술의 설계·제작·활용은 매우 복잡한 연구 분야다. 가장 큰 난제 중 하나는 상온에서 작동하는 해법을 찾는 것이다. 마그매터에게 상온은 거의 절대영도에 가깝기 때문이다. 사실상 이 기술은 고수준 초월지성 존재만 활용할 수 있다.

S3 수준의 '피코기술'은 마그매터를 부분적으로 혹은 전적으로 사용하는 복잡한 장치에 기반한다. 에너지와 질량이 충분한 환경에서는 자기복제도 가능하다. 마그매터 회로는 일반 소재가 따르는 화학 결합 강도의 제약을 받지 않으므로, 일반 물질로 만든 컴퓨트로늄보다 백만 배 빠르게 작동할 수 있다. 또한 마그매터가 감마선을 반사·굴절할 수 있어, 초소형 감마선 현미경·망원경·레이저의 제작도 가능하다.

마그매터 기술은 행성 표면 깊은 곳이나 항성 내부에서도 작동하는 다양한 복잡한 로봇 장치의 기반이 된다. 에너지가 충분한 환경에서는 이러한 장치들이 자기복제도 할 수 있다. 주변의 고에너지·고질량 자원을 활용해 단자극과 마그매터를 생성하고, 이를 추가 자기복제 장치로 조립하는 것이다.

마지막으로, 최고 S 수준의 압도적으로 강력한 '시공간 공학'이 단자극 및 마그매터 기술을 적어도 일부 활용한다는 것이 통설이다. 다만 아르카이(Archai)들은 대체로 이를 확인하지도 부인하지도 않으며, 때로는 서로 모순된 답변을 내놓기도 한다.

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모도소폰트가 마그매터나 마그매터 기반 기술에 노출되는 일은 드물어 보이지만, 실제로는 (특히 내구 영역에서) 도처에 존재한다. 보통 고성능 전환 추진 선박 탑승, 마그매터 지지재를 활용한 뱅크스 오비탈이나 여타 구조물 방문, 또는 더 발전된 정보 시스템과 행성 데이터망의 기반을 이루는 '마법 같은' 초고속 라우터·프로세서 사용의 형태로 나타난다. 이 물질은 현대 문명의 중요하고 어쩌면 필수적인 구성 요소이지만, 종종 간과된다. 현대를 '마그매터 시대'라고 부르는 것은 결코 과장이 아니다. 노코조(NoCoZo) 마케팅 연합의 부단한 노력 덕분만도 아니다.

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