우주에 적용된 물리법칙 — 개요

SPACE의 우주는 결정론적 시뮬레이션입니다. 모든 상태는 에포크 + 시드 + 명령 로그만으로 재현할 수 있습니다. 고정 타임스텝, 단일 스레드 적분, 고정 라이브러리 버전으로 부동소수점 비결정성을 없앴습니다.

좌표 · 시간 · 단위

스케일 충실도 — 천체는 실측, 우주선은 과장

천체(항성·행성·위성)는 실측 반경으로 서로 정확히 비례해 그려집니다. 지구와 달과 화성의 상대 크기, 태양계의 광활함은 전부 진짜 비율입니다. 그러나 우주선·ISS·인공위성·탐사선은 가시성을 위해 실제보다 크게 그려집니다 — 실제 크기로 그리면 행성 스케일의 씬에서 수 m~수십 m 짜리 물체는 화면에서 1픽셀 미만으로 사라져, 찾지도 조작하지도 못하기 때문입니다.

중력 · 궤도 · 스윙바이

제한 N체 중력 (단방향 결합)

우주선은 태양과 모든 행성의 중력 합을 받습니다. 우주선 질량은 천체에 비해 무시할 만큼 작아 천체의 궤도는 독립적으로 계산되고(단방향 결합), 우주선만 그 중력장 안에서 움직입니다. 덕분에 프레임 전환 없이도 진짜 스윙바이(중력 도움)가 자연히 성립합니다.

케플러 궤도 + 심플렉틱 적분기

• 일상적인 관성 비행은 케플러 궤도로 해석적으로 전파해, 매 틱 저장이 필요 없습니다.
• 근접 조우·스윙바이 구간은 속도 베를레(velocity Verlet) 심플렉틱 적분기 + 적응 서브스텝으로 정밀화합니다. LEO 3바퀴 에너지 드리프트가 0.0000%일 만큼 보존적입니다.
• SOI(영향권) 판정으로 지배 천체를 정하고, SOI 진입/이탈을 이벤트로 알립니다.

단일 메인 엔진 — 추력은 항상 기수 방향

드래곤 캡슐은 메인 엔진이 기수(앞쪽) 한 방향에만 있습니다. 역추진 엔진은 없습니다. 방향을 바꾸려면 자세제어(RCS)로 우주선 전체를 돌린 뒤 분사해야 하며, 회전은 최대 각속도 안에서 점진적으로 일어납니다. 그래서 감속은 플립 앤 번(180° 회전 후 분사)이고 즉시 이루어지지 않습니다.

대기권 재진입

천체 대기권에 들어갈 때 진입각이 가파르면 소각(게임 오버), 너무 얕으면 스킵(튕겨나감)합니다 — 둘 다 물리적으로 판정됩니다. 적절한 회랑으로 들어가야 안전하게 고도를 낮춥니다.

광속 한계 · 광속 지연

이 우주의 가장 근본적인 규칙: 어떤 정보도 빛의 속도 c를 넘지 못합니다. 위치 관측도, 메시지도, 그 무엇도. 서버가 이 제약을 권위적으로 시뮬레이션합니다.

보이는 위치 = 과거 위치 (지연 유령)

우주선 A가 우주선 B를 "본다"는 것은, 두 우주선 사이 거리 ÷ c 만큼 과거의 B를 보는 것입니다. 이것이 지연 시각(retarded time)의 핵심 — 보이는 것은 언제나 과거입니다.

• 가까우면 지연이 작아 거의 현재처럼 보이지만, 멀어질수록 지연이 커져 표시 위치와 실제 위치가 벌어집니다.
• 충분히 멀면 현재 위치를 정확히 알 수 없습니다(과거 정보만 존재) — 흐릿한 위치 불확정(uncertain) 유령으로 표시됩니다.
• 근접 우주선의 위치 히스토리는 약 84시간 분량을 버퍼링합니다.

교신 신호도 빛의 속도로 퍼진다

이모지 송신은 발신 시각 t에 발신자 위치에서 전방위(omni)로 c로 퍼져나가는 구면파입니다 — 레이더처럼, 방향을 겨누지 않습니다. 가까운 우주선일수록 신호가 빨리 닿고, 멀수록 도달이 늦어집니다.

비컨은 한 자리에 머무는 영구 신호원입니다. 그 곁(100km)을 지나는 우주선이 비컨을 방문 등록부에 남기고, 마찬가지로 100km 안에서 스쳐 간 우주선끼리도 서로를 기록합니다. 멀리 떨어진 상대는 여전히 과거(지연된) 위치의 유령으로만 보이므로, 만남은 결국 가까이 다가가야 이뤄집니다.

특수 상대론 · 쌍둥이 역설

속도 상한과 로런츠 인자 γ

우주선의 속도 상한은 0.9999c입니다. 빠르게 움직일수록 시간이 느려지는 정도는 로런츠 인자로 정해집니다:

γ = 1 / √(1 − v²/c²)

고유 시간 — 선내 시계는 느리게 간다

우주선의 선내 시계(고유 시간 τ)는 좌표 시간(t)보다 1/γ 배 느리게 흐릅니다: dτ = dt / γ. 0.9999c로 날면 선내 시계는 바깥보다 약 70.7배 느립니다. HUD(④ PFD)는 좌표 시간과 선내 고유 시간, 그리고 γ를 나란히 표시합니다.

쌍둥이 역설 — 직접 겪는 예

프록시마 센타우리(4.25 광년)까지 최고 순항 속도 0.99c(γ ≈ 7.09)로 항해한다면:

• 좌표 시간(바깥 세계): 약 4.3년
• 고유 시간(선내 시계): 4.3년 ÷ 7.09 ≈ 약 7개월(약 221일)
• 왕복하면 우주선은 약 1.2년 늙고, 바깥 세계는 약 8.6년이 흐릅니다.

다른 플레이어와 서로의 누적 고유 시간을 맞대어 비교하면, 누가 더 빠르게/깊은 중력에서 항해했는지에 따라 경과한 시간이 서로 달라진 것을 직접 확인할 수 있습니다.

블랙홀 · 중력 시간 지연

사건의 지평선과 강한 중력장

• 사건의 지평선: r_s = 2GM/c² (슈바르츠실트 반경)
• 최내안정원궤도(ISCO): 6GM/c² = 3·r_s — 이보다 안쪽 궤도는 모두 안으로 나선 추락
• 광자구(photon sphere): 1.5·r_s
• 강한 중력장 근처에서는 파친스키–비타 유사 뉴턴 퍼텐셜 Φ(r) = −GM/(r − r_s)로 정확한 ISCO·근일점 세차·추락을 재현합니다.

중력 시간 지연

강한 중력장에 깊이 들어갈수록 시간이 느려집니다:

dτ/dt = √(1 − r_s/r)

• 광자구(r = 1.5 r_s)에서 시간은 멀리서의 약 57.7% 속도로 흐릅니다.
• 지평선에 다가갈수록 0에 수렴 — 바깥 관측자에게는 시간이 멈춘 듯 보입니다.
• 궁수자리 A* 지평선 근처에 잠깐 머무는 사이 바깥 세계는 수천 년이 흐릅니다.
• 속도에 의한 γ와 중력 시간 지연은 곱해집니다: γ_total = γ_속도 × √(1 − r_s/r).

중력 렌즈 · 적색편이

블랙홀 뒤편의 별과 은하 빛이 휘어 아인슈타인 링을 만들고, 강착원반은 검은 그림자를 위·아래로 감쌉니다(영화 인터스텔라의 시그니처). 집중 중인 블랙홀 1개는 화면의 각 픽셀이 낸 빛을 블랙홀 중력장에서 되짚는 실시간 측지선 렌즈로 그려, 원반의 뒷면이 실제로 빛이 휘어 돌아와 보입니다. 지평선을 빠져나오는 신호는 늦어지고 붉게 변하며(중력 적색편이), 바깥 관측자에게 추락하는 우주선은 점점 느려지고 붉어지다 지평선에서 얼어붙어 영구 불확정 유령이 됩니다.

충실도 메모: 빛의 휘어짐은 슈바르츠실트 편향 근사(+시각적 회전 비대칭)로, 영화 인터스텔라를 만든 완전 수치상대론 렌더러(DNGR·완전 커 측지선 적분)가 아닙니다 — 실시간·모바일에서 가능한 정직한 근사입니다. 저사양 기기는 자동으로 가벼운 스크린스페이스 렌즈로 전환됩니다.

우주 팽창 · 관측 가능한 우주

U 키로 우주론 시계를 켜면, 가장 큰 스케일에서 우주의 팽창과 과거를 읽을 수 있습니다. 게임은 표준 ΛCDM 우주론(Planck 2018)을 씁니다.

적색편이와 룩백 시간

먼 천체는 빛이 출발한 뒤 우주가 팽창한 만큼 적색편이(z) 됩니다. 더 멀리 볼수록 더 과거를 봅니다(룩백 시간):

• z ≈ 1 → 약 80억 년 전 (우주 나이의 절반)
• z ≈ 10 → 약 130억 년 전 (우주의 새벽, 첫 별·은하)
• z ≈ 1100 → 약 138억 년 전 (마지막 산란면 = 우주배경복사)

가속 팽창 — 멀어지는 거리들

우주는 가속 팽창하고 있어, 충분히 먼 천체는 후퇴 속도 v = H × D로 멀어집니다. 여러 거리 개념이 함께 쓰입니다 — 공변 거리(팽창을 제거한 현재 격자 거리), 광행 거리/룩백 거리(빛이 여행한 시간 × c), 밝기 보정용 광도 거리, 각크기 보정용 각지름 거리. 좌표 자체는 공변(정적·결정론)으로 유지하고, 팽창은 표시·렌더 계층에서 반영합니다.

성간 순항 · 웜홀

상대론적 순항 월드라인

성간 순항은 우주선을 최대 0.99c(기본 0.9c)까지 가속해 목적 항성으로 향하는 해석적 월드라인입니다. 거리 d에 대해 좌표 시간과 선내 고유 시간은:

• 좌표 시간 = 거리 ÷ (순항 속도) ≈ 거리(광년) / 0.99 년(최고 순항 시)
• 선내 고유 시간 = 좌표 시간 ÷ γ

예) 프록시마(4.25 광년)를 최고 순항 0.99c로: 좌표 시간 ≈ 4.3년, 선내 시계 ≈ 약 7개월. 도착하면 목적 항성 차트로 전환되고, 비-sol 차트에는 별도의 물리 가드가 적용됩니다.

인과섬 고유시간 패스트포워드

다른 우주선과 교신 가능한 영역(공유 인과) 밖에서 홀로 순항 중이면, 게임은 긴 순항을 즉시 도착으로 당겨줍니다 — 몇 년을 실시간으로 기다릴 필요가 없습니다. 공유 인과(누군가와 신호를 주고받을 수 있는 범위)는 그대로 보존하므로, 물리적 일관성을 깨지 않습니다.

단방향 웜홀

웜홀은 c 장벽을 우회하는 또 다른 길입니다. 항성계마다 결정론적 위치에 2~3개가 있고, 📡 레이더 스캔으로 발견하며(우주선별·영속), 도달하면 즉시 다른 항성계로 차트가 전환됩니다. 편도이므로 돌아오려면 그쪽에서 열린 다른 웜홀을 찾아야 합니다.