현재 우주의 질량밀도가 임계질량밀도 근처인 이유 -10 음의질량-암흑물질-암흑에너지

[ 질량밀도의 파인튜닝 문제 ]
[ 왜 현재 우주의 질량밀도가 우주의 팽창과 수축을 결정하는 임계질량밀도 근처인가? ]



우주의 평탄함과 관련하여서, 기존의 양의 질량을 통한 우주의 임계밀도 계산은 현재의 밀도가 임계밀도 근처인 것으로부터 우주 초기의 밀도가 임계밀도에 매우 근접해야 하고, 이는 초기조건이 너무 섬세하게 세팅 되어야 하는 문제를 가져온다고 알려져 있습니다. 

그러나, 음의 질량가설에서는 우주의 퍼텐셜에너지가 양의 질량만 존재할때의 단일 퍼텐셜이 아니고( +, - 가 모두 있는 퍼텐셜), 음의 질량과 양의질량이 만들어내는 퍼텐셜에너지의 형태가 음의질량과 양의질량의 숫자에도 의존하기에, 현재의 우주의 질량밀도가 임계밀도 근처값을 갖는 것이 우주초기에도 임계밀도근처값을 갖음을 의미하지 않을 뿐만 아니라, 우주가 현재 임계밀도 근처값을 갖는것은 전체 퍼텐셜에너지의 형태와, 쌍생성의 기본 메카니즘, 즉 음의 질량과 양의 질량의 1 : 1 대응으로부터 나오는 것으로 보입니다.

초기 우주에서의 질량 밀도의 파인튜닝 문제와 관련하여,

우주의 질량밀도가 임계 질량 밀도와 같다는 것은, 우주의 토탈 퍼텐셜 에너지가 0인 것에 대응됩니다.
토탈 퍼텐셜에너지가  0 인경우 팽창과 관련한 힘이 존재하지 않고, 따라서 가속팽창이나 감속팽창이 없는 등속팽창하는 경계에 해당하기 때문입니다.



토탈퍼텐셜 에너지식인 식(90), (91)의 완전해를 찾기가 어려운 관계로,

개인적으로 몇가지 정보가 필요하고, 기존의 관측값들 또한 음의질량의 존재를 고려했을때의 상황을 가정하여 재계산이 필요한 부분도 생길수 있을것 같습니다. 가령 일반적으로 현재에도 Ω_m 값등을 구할때에 음의 질량은 존재하지 않을것이라고 판단하여, 적분구간 선택시에 양의구간만 반영을 하는것 같습니다. 또한, 중력렌즈효과에 대한 계산에 있어서도 음의질량과 양의질량의 차이를 구분하지 못하는 중력렌즈방법들이 있습니다.

가령 수식에 m값의 전체구간적분시 (- 무한대) ≤  m  ≤ (+ 무한대)를 포함한 계산의 경우 0 ≤  m  ≤ (+ 무한대) 로 적분구간을 산정하는 경우가 대부분이며, 어떤 크기의 계산에서 m^2이나, |m| 등을 포함하고 있는 계산들이 그러한 예가 될것입니다. ΣΩ = 1, 부분도 양의질량만 존재할때에는 질량에 의한 Ω값이 오직 인력항이기에 Ω_m을 그대로 넣어도 성립하지만, 음의질량이 존재할경우 척력적인 퍼텐셜에너지항과 인력적인 퍼텐셜에너지항을 같이 만들어내고, 이 척력적인 퍼텐셜항이 오직 음의질량 (-n_-)에만 비례하는 항이 아니라 양의질량수(+n_+)에도 비례하기에, 기존의 플랫한 경우에 대응되는 ΣΩ = 1을 계산할때 이러한 것에 대한 약간의 수정이 필요할지도 모르겠습니다. 물론 기존과 같이 Λ항을 활용하여, 플러스 퍼텐셜항인 E_de = (n_-(t))(n_+(t))U(t)를 Λ항으로 두어 활용해도 될듯합니다.

퍼텐셜에너지의 형태와 n_-, n_+값에 따라 몇가지 모델이 가능한데, 세부적인 모델과는 거의 상관없이 질량밀도가 임계질량밀도 근처값을 갖는 이유에 대해서 설명을 제시할수 있는데, 이유는 토탈퍼텐셜에너지가 갖을수 있는 상한값 U_max가 존재하기 때문입니다.


여기서는, 세개의 퍼텐셜에너지항을 모두 U로 같게 놓고, 토탈 퍼텐셜에너지의 전체적인 경향과 특성을 살펴보도록 하겠습니다.
x = n_ - , y = n_ +  라 정의하고,


만일 x=y=n,

전체 퍼텐셜에너지는 음의 질량수(양의 질량수와 거의 비슷한 숫자)의 제곱항에 비례하게 됩니다.

수식(89)를 U_{max}로 나누면, 퍼텐셜 에너지의 크기 비는

n_- 는 음의 질량의 숫자입니다. 만약 음의 질량이 현재 우리우주의 대략적인 양성자개수인 10^(80) 개라면, 현재의 퍼텐셜이 우주의 최소 퍼텐셜에 비해 얼마만큼 작고, 0값에 근접하는지 알 수 있습니다.

다른 방식으로, 2n개의 일반 양의질량 입자에 의한 퍼텐셜 에너지항은, { 2n(2n-1)U }/2 입니다. 반면에 우리우주가 갖을수 있는 퍼텐셜에너지의 최대값은 U_max = nU 이므로, 

위식은 현재 우주의 토탈 퍼텐셜에너지가 양의 값을 가지고 있어서 가속팽창기에 들어섰지만, 그 값은 최대치에 비해 매우 작고, 아직도 경계값 근처라는 것을 의미합니다. n-->10^(80)을 집어넣으면, 최대치에 비해 1/10^(80) 수준이라는 것을 의미하므로, 이는 극도로 경계값 근처라는 것을 알수 있습니다. 이는 소위 우주의 질량밀도의 편평도와 관련해서, 그 값이 극도로 1값에 근접하는 편평한 상태라는 것에 대한 일종의 증명으로 보입니다.

fig21
caption : 시간에 따른 우주의 토탈 퍼텐셜 에너지의 변화
1) 음의 질량과 양의 질량이 n개 쌍생성 함에 의해서 +nU의 퍼텐셜 에너지가 생기고, 이 퍼텐셜 에너지에 의해서 우주는 급격한 팽창(인플레이션)이 발생합니다.
2) 인플레이션 도중 양의질량이 복사로 전환되는 시기를 겪습니다.( 물질과 반물질의 쌍소멸로 인한 질량의 복사에너지로의 전환, 강한상호작용, 약한상호작용, 전자기력등의 분리에 의한 결합에너지로 인한 질량 결손, 기타 전자기파를 비롯한 복사에너지 등) 
3) V-2 및 Fig.16(
http://icarus2.egloos.com/2720544)의 결과에 따라 양의 질량이 음의 질량의 임계비율 이하로 내려갈 경우 퍼텐셜 에너지는 음으로 전환되기에, 양의 질량이 복사로 전환되는 경우 우주의 전체 퍼텐셜 에너지는 음의 값이 되고, 이에 따라 인플레이션은 자동 종료됩니다.
4) 우주의 퍼텐셜 에너지가 마이너스 값이기에 이시기에 우주는 감속팽창기를 격습니다.(우주에 대한 관측으로부터 대략 70억년) 
5) 우주가 점점 식어 감에 따라 복사가 양의 물질로 전환되며, 양의 질량이 음의 질량의 임계비율 이상(t_h)으로 증가되어 양의 퍼텐셜 에너지 값을 갖게된 상태입니다.
6) 현재 양의 질량이 음의 질량과 거의 같은수 즉, n값을 갖더라도, 퍼텐셜 에너지 U가 거리 r에 반비례하기 때문에, 현재의 퍼텐셜에너지 +nU는 인플레이션 시기에 비해 그 역할이 미미하게 됩니다.

우주초기의 질량밀도값의 미세 조정문제(fine tuning problem)와 관련하여,
음의질량과 양의 질량이 같이 탄생한 상태에서는 현재 우주의 밀도가 임계밀도값에 가까운 상황이, 우주초기에도 임계밀도에 매우 가까워야 함을 의미하지 않을 뿐만 아니라(중력이 양의질량만 존재했을때의 인력적인 단일 퍼텐셜이 아니기 때문에),
현재 우주가 임계밀도값 근처인 것은 음의 질량과 양의질량의 비율이 1에 근접해 가고 있기 때문입니다.

비율 1은 음의질량과 양의질량의 쌍생성시 쌍생성의 기본 메카니즘, 즉 음의 질량과 양의 질량의 1:1 대응으로 부터 나오는 성질입니다.

따라서, 음의질량가설은 우주의 현재 질량밀도가 임계질량밀도 근처값을 갖는 것은 토탈 퍼텐셜 에너지의 형태와 쌍생성의 기본메카니즘인 1:1 대응으로부터 나오는 자연스런 과정이라고 말하고 있습니다.

============
다음포스팅에서는
1) Cosmological Constant Problem : 우주상수가 왜 현재와 같이 매우 작으면서 제로가 아닌값을 갖는가? 하는 문제와
2) 암흑에너지의 상전이 문제 : 왜 암흑에너지가 우주초기에는 인플레이션을 일으킬만큼 매우 컷는데, 현재는 매우 작은 이유가 무엇인가?
3) 인플레이션의 시작과 자연스런 종료기작
에 대해서 설명해 보겠습니다.

Hypothesis of Dark Matter and Dark Energy with Negative Mass :
http://vixra.org/abs/0907.0015


핑백

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    ... http://icarus2.egloos.com/2736930</a>)를 설명한 포스팅에서, 우주의 토탈 퍼텐셜 에너지의 추이를 살펴본 결과, 아래와 같은 그래프를 그릴 것으로 예측되었기에, 시간에 따른 우주의 가속팽창, 감속팽창, 가속팽창등의 과정을 살펴봄에 의해서 음의 질량가설을 검증할 수 있을것으로 생각됩니다.우주의 진화와 관련하여, 1) 토탈 퍼텐셜에너지가 3개의 항으로 구성되어 있다!2) 토탈 퍼텐셜 에너지가 양의 질량과 음의 ... more

덧글

  • 데지코 2009/11/04 17:50 #

    저는 개인적으로는 참 인정하기 싫은 부분이 저...마이너스 질량 부분입니다

    뭐랄까 분명 나름 관측도 되고 이론상 설명도 되는데. 받아들이면 안될거 같다고 할까~ 뭐 그런느낌 있지 않습니까

    아무튼 과학밸리를 앞으로 계속 사랑해 주시길
  • 이카루스2 2009/11/04 20:21 #

    조금이나마 관심을 가져주셔서 감사합니다!
    전부터 조용히 님의 블로그 글들을 읽어왔고, 이자리를 빌어서 감사 인사드립니다!

    저는 우리가 냉철히 자연을 바라볼 필요가 있다고 생각합니다!
    제가 느끼는 자연은, 우주는

    [ 우리 인류를 위해 존재하지도, 우리 인류를 기억하지도 않는것 같습니다! ]

    세상에는 도둑도, 살인자도, 방화범도 수없이 많고, 존재합니다. 왜 그러할까요?
    왜 세상에는 이러한 것들이 존재할까요?

    저는
    자연이 이러한 일들을 금지하지 않기때문이라고 생각합니다.(부연 설명은 길어지기에~)

    자연은 우리 인류가 어떠한 행동을 하던지 그것에 별 관심이 없습니다! 그에게 있어 오직 관심있는것은 에너지보존법칙과 운동량 보존법칙 같은 제반법칙들일뿐~

    결국, 인류가 도둑질을 하던 방화를 하던 그일이 에너지보존과 운동량보존을 만족한다면, 우주는 자연은 허용하고 있는 것입니다.


    제가 보고 경험하고, 느끼는 자연과 우주는 그러합니다!

    음의 질량에 대한 거부감! 그것이 에너지보존법칙을 깨트리는 수준의 장벽임을 요새 많이 느낍니다!


    그런데, 저는 지금의 물리학을 바라보고 있으면, 물론 제가 그것을 바라보고 비평할 수준은 못되지만,

    실상은, 오히려 현역의 물리학자들이 더크고, 더위험한 일을 행하고 있다고 저는 느낍니다!
    암흑에너지와 질량밀도의 파인튜닝, 우주상수의 파인튜닝문제에 대한 주류물리학계의 답변을 곰곰히 생각해 보면~

    1)
    암흑에너지를 설명하기 위해서 진공에너지에 도움을 요청하고 있는데, 진공에너지는 물리학의 근본법칙중에 하나인 에너지보존을 위협하고 있습니다.

    우주가 팽창할수록 공간이 늘어나기에 따라서 진공에너지는 우주가 팽창할수록 커지게 되고, 이는 에너지보존을 깨트리게 됩니다. 물론, 이러한 문제를 막기위해서 진공에너지중에도 우주가 팽창함에 따라 줄어들게끔 설정된 이론들이 있긴 합니다만,

    진공에너지의 기본적인 특성은 에너지보존을 깨트리는 요소입니다. 그런데, 어떻게 물리학자, 천문학자들이 우주의 가속팽창이라는 하나의 관측결과를 얻자마자 에너지보존을 깨트리는 진공에너지를 상정하고 답으로 제시하는 것인지...

    우리는 우주의 가속팽창이라는 관측결과를 설명하기 위해서 백만스물두가지의 다른설명을 시도해보고, 그럼에도 불구하고 설명되지 않았을때 에너지보존법칙을 준수하진 않지만 현상을 설명할 가능성이 있는 대상을 살펴봐어야 하는게 아닌가 하는 생각입니다.
    참! 그리고, 음의질량은 백만스무번째에 위치합니다!^^

    2)
    암흑에너지를 설명하기 위한 우주상수(Cosmological constant)는 또 어떻습니까? 근원을 모른체 결과를 설명하기 위해서 임시적으로 삽입된 항. 그걸 빨리 충분하게 설명했다면 크게 문제가 안되겠지만, 지금의 모습은 임시땜방의 조치입니다. 비과학적이라고 할순 없지만, 개운치는 않습니다. ~~

    3)
    질량밀도의 파인튜닝(우주의 질량밀도가 임계질량밀도 근처값을 갖는 이유), 우주상수의 파인튜닝(우주상수 값이 매우작고, 논제로 값인 이유) 문제를 해결하기위해서 사용한 인류원리는 어떻습니까? 물리학의 대부들인 와인버그, 호킹, 서스킨드등 그분들이 앞에서 인류원리와 같은것을 말하다니,(물론, 약한인간원리, 강한인간원리등의 차이가 조금 있지만...)

    인류원리를 사용하느니, 우리는 차라리 그것의 원인을 아직 모른다! 라고 답하는게 더 낫습니다!

    인류원리는 과학자들이 손대서는 안되는 일종의 종교입니다.
    코페르니쿠스로부터 출발되었던 천문학과 물리학계의 커다란 정신이나 깨닳음중 하나를(지구나 우리인류가 특별하지 않다는...) 우리가 지금 훼손하고 있는 셈입니다. 물론 그것을 훼손할만한 충분한 근거가 있다면 그리해도 되겠지만, 지금은 아직 아닙니다!

    인류원리는 과학의 또한 모든학문의 근간인 인과론을 위협하고 있습니다. 결과로부터 원인을 설명하거나 합리화시켜버리는...

    제 가설이 옳지 않을가능성 당연히 아직까지는 높은상태로 있습니다!

    그러나, 음의질량은 최소한 에너지보존법칙을 지키고, 인과율을 위배시키거나, 인류원리와 같은 것에 기대어 물리학의 본분을 손상시키거나 하지는 않고 있다는 것입니다. (혹시라도 마이너스 무한대의 에너지 준위관련해서 음의질량에 대한 부정적인 견해가 있으신분은 제가 앞서 설명한 음의질량은 에너지가 높은 상태에서 안정하다!(http://icarus2.egloos.com/2724810)는 포스팅을 한번 보시기 바랍니다.)


    비록 제글이, 제가설이 물리학적으로 엄밀성이 부족하고, 틀릴지라도 말입니다!

    --- 어느 물리학도로부터
  • 데지코 2009/11/04 21:44 #

    뭐..개인적으로는 dark mass도 그렇고 LHC가 정상 작동해서 한 2-3년 지나면 어느정도 적절한 베이스를 깔아주지 않을까 기대합니다...

    뭐 그래도 과거 상대성이론과 양자역학이 싸울때 처럼 끝났다고 보니 또 다른것이 튀어나오겠지만 말입니다.
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