여기는 더이상 관리하지 않으며, 이후 연구된 사항은 다음의 2곳에 올리고 있습니다.
앞서, 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설을 통해서
많은 사항을 설명 및 증명하였으나, 가끔 음의 질량 가설을 검증할 수 있는 방법에 대한 문의가 있어서 정리해 보았습니다.
허접하지만, 논문에 쓰여진 사항을 포함하여 "음의 질량 가설"(좀더 길게는 "음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설", "음의 질량을 통한 암흑물질, 암흑에너지 가설")을 검증할 수 있는 방법은 아래와 같습니다.
1. 암흑에너지값을 통한 증명 ( http://icarus2.egloos.com/2762943 )
또한 암흑에너지가 우주의 크기와 관계된 평균거리 r과, 음의 질량 숫자 n- 와 양의 질량 숫자 n+가 관계있음을 알수 있습니다(이들은 곧, 질량밀도나 질량으로 변환이 가능합니다.). 즉, 위의 암흑에너지 정의식은 우주의 전역사에서의 암흑에너지 값의 변화를 제시하고 있으므로, 서로 다른 시간대의 암흑에너지 값을 위식으로부터 정확히 설명한다면, 음의 질량 가설이 옳음을 증명하는 것이라고 생각합니다.
앞서 우주의 크기와 암흑에너지값 증명 포스팅에서 현재의 암흑에너지 밀도를 정확히 증명하였고, 이때에 우주의 나이와 우주의 크기가 현재의 우주에 대한 관측값내에 있음을 설명드렸습니다. 따라서, 현재를 완전하게 설명한 시점에서 과거의 암흑에너지 크기를 비롯한 다른 시간대의 값들을 설명한다면, 음의 질량 가설이 옳음을 명확히 증명하는 것일 것입니다.
또한, ΛCDM 가설은 암흑에너지밀도가 상수로 일정하며, 우주가 팽창할수록 공간이 늘어나기 때문에 총 암흑에너지의 크기는 r^3 형태로 증가할 것으로 예측하나, 음의 질량 가설은 암흑에너지가 평균거리 r 에 반비례하기에 일반적으로 우주가 팽창할 수록 감소할 것으로 예측하고 있습니다. 우주의 감속팽창과 가속팽창은 토탈퍼텐셜에너지의 3개항에 의해 결정되기에 3개항의 변화를 고려해야 합니다.
여하튼, 위의 암흑에너지 정의식으로부터 우주의 전 시간에 걸쳐 암흑에너지값의 변화를 구해보고 이를 우주의 관측값 또는 우주의 암흑에너지와 일반물질에 의한 에너지 비와 비교해 보면 음의 질량 가설의 옳고 그름을 검증할 수 있을 것입니다.
위의 암흑에너지 식은, 중력 자체에너지로부터 구한 암흑에너지의 정의식이며, 이 식이 암흑에너지의 일반적인 정의식인 식(80)과 동일함을 설명한 바 있습니다. 만일, 이 식이 옳다면, 이 암흑에너지 식은 매우 심플하고 아름다운 형태로 암흑에너지를 우주의 총질량 M과 우주의 크기를 나타내는 반경 R만의 함수로 나타낸 멋있는 식이네여~
여기서 상수 a = (물질/암흑에너지) 로 정의되며, 현재의 k_c 값은 0.45062 로 예측됩니다.
명확하게 암흑에너지에 대한 정의식을 기술하고 있으므로, 따라서 예측하고 있는 바가 명확하며, 따라서 가설의 옳고 그름 또한 분명하게 판별할 수 있을 것입니다.
따라서, 음의 질량가설은 소위 "암흑에너지의 상전이 문제"- 우주초기에는 인플레이션을 발생시킬 만큼 컷으나 현재는 매우 작은 이유에 대한 문제에 대해서 자연스럽게 설명을 제공합니다.(http://icarus2.egloos.com/2739777)
그래프를 보시면 미래에 우주가 어떠한 모습을 보일지에 대해서도 시사하는 바가 좀 상이하겠져~
단, 이그래프를 보는 과정에서 주의해야 할 사항은, 우주의 감속팽창과 가속팽창은 암흑에너지라는 단일항에 의해서 결정되는 것이 아니라, 토탈퍼텐셜에너지의 3개항으로부터 나온다는 점입니다. 즉, 척력항과 인력항의 합산 결과물이 우주의 팽창에 대한 가속도를 결정하는 것입니다.
** 20110827일 수정
최근에 암흑에너지에 대한 글을 읽다 보니, "음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설"에서 물리학계의 암흑에너지에 대응되는 물리량은,
이 아니라, 인 것으로 보인다. 
즉, "암흑에너지"는 "음의 에너지"에 대응되고, 이 음의 에너지가 양의 테스트 질량에 만들어 내는 척력적 중력효과가, 다른 양의 질량들이 양의 테스트 질량에 만들어 내는 인력적 중력효과보다 더 크기에 우주가 가속팽창하는 것으로 설명된다.
내부에너지 및 압력을 통한 설명으로부터는 암흑에너지에 상당하는 양이 양의 내부에너지(양의 중력 퍼텐셜)에 대응되는 것으로 보이는 반면에, 우주상수를 통한 식에서는 개별 음의 질량이 양의 질량에 만들어 내는 중력퍼텐셜 에너지 처럼 해석된다.
앞서 설명한 저의 모형은, 어떤 질량 또는 에너지가 만들어 내는 중력적 힘은 중력 퍼텐셜 에너지의 크기에 의해서 비교가능하므로, 계의 총 중력퍼텐셜 에너지 항을 보고, 여기에서 양의 값과 음의 값을 각기 찾아서 양의 값이 암흑에너지에 대응되고, 음의 값이 일반물질과 (물리학계에서 추측했던 양의 질량을 가진 것으로 간주되는 양만큼의) 암흑물질이 만들어 내는 통상의 중력퍼텐셜에너지에 대응되며, 이에따라 양의 중력퍼텐셜에너지가 음의 중력퍼텐셜에너지보다 더 크기에 우주는 가속팽창한다는 설명을 달았다.
2. 우주의 토탈 퍼텐셜 에너지로부터의 증명 (http://icarus2.egloos.com/2739777)
우주의 진화와 관련하여,
1) 토탈 퍼텐셜에너지가 3개의 항으로 구성되어 있다!
2) 토탈 퍼텐셜 에너지가 양의 질량과 음의 질량의 숫자비, 즉, 총질량의 크기에 따라 변한다!
3) 토탈 퍼텐셜에너지가 양의 값을 갖을수도 음의 값을 갖을 수도 있다!
간략히, 음의 질량의 숫자가 많다고 해서 토탈 퍼텐셜 에너지가 +값을 갖는게 아니며, 음의 질량과 양의 질량의 비율이 1:1 에 근접할수록 토탈 퍼텐셜 에너지가 양의 값을 갖는 특성이 발견됩니다. 또한 이것은 현재 우주의 질량밀도가 임계질량 밀도 근처인 "질량밀도의 파인튜닝" 문제에 대해서도 설명을 제공합니다.(http://icarus2.egloos.com/2736930)
1) 음의 질량과 양의 질량이 n개 쌍생성 함에 의해서 +nU_+ 의 양의 중력퍼텐셜 에너지가 생기고, 이 퍼텐셜 에너지에 의해서 우주는 급격한 인플레이션(Inflation)이 발생합니다. ==> 우주가 탄생한후 팽창한건 우연이 아니며, 그 근원적인 힘은 양의값을 갖는 중력퍼텐셜이라는 것입니다.
2) 인플레이션도중 강한상호작용, 약한상호작용, 전자기력등이 분리되면서, 양의질량이 복사로 전환되는 시기를 격습니다. ==> 왜 양의질량만 복사로 전환되는 시기를 겪는가? [ 음의 질량은 원자 이상의 구조를 형성하지 못한다! 포스팅을 참조해 주세여~! ] - 음의질량의 특성상 강한상호작용이나 약한상호작용을 매개하는 중간자와 같은 내부구조를 갖지 못하기 때문에 결합에너지로 인한 질량 결손도, 물질과 반물질의 쌍소멸로 인한 질량결손(복사 에너지로의 전환)도 발생하지 않을 가능성이 높기 때문입니다! (http://icarus2.egloos.com/2726517)
3) V-1 및 Fig.16의 결과에 따라 양의 질량이 음의 질량의 임계비율 이하로 내려갈 경우 토탈퍼텐셜 에너지는 음으로 전환되기에, 양의 질량이 복사로 전환되는 경우 우주의 전체 퍼텐셜 에너지는 음의 값이 되고, 이에 따라 인플레이션은 자동 종료됩니다. [우주의 감속팽창과 가속팽창에 대한 설명 참조](http://icarus2.egloos.com/2720544)
4) 우주의 퍼텐셜 에너지가 마이너스값 이기에, 이시기에 우주는 감속팽창기를 격게 됩니다.(대략 70억년)
5) 현재는 우주가 점점 식어 감에 따라 복사가 양의 물질로 전환되어, 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 r 에 반비례하기 때문에, 현재의 퍼텐셜에너지 +nU_+ 는 인플레이션 시기에 비해 그 역할이 미미하게 됩니다.
빅뱅, 인플레이션, 우주상수의 파인튜닝에 대한 설명 : http://icarus2.egloos.com/2739777
즉, 음의 질량 가설은 우주의 전체 퍼텐셜 에너지의 시간에 따른 변화가 제시되어 있으므로, 우주의 전체 퍼텐셜에너지의 변화 또는 우주의 진화에 대한 관측을 수행해서 이와 비교해 본다면 옳고 그름을 검증할 수 있을 것입니다.
3. 암흑물질과 암흑에너지의 근원은 하나다! (http://icarus2.egloos.com/2732221, http://icarus2.egloos.com/2730334 )
음의질량과 양의질량의 쌍생성 가설은, 우주의 총 물질의 50%이상은 음의 질량일 것으로 예측하며, 이에따라 암흑물질(dark matter)의 60% 이상은 음의 질량(마이너스 질량, 네가티브 매스)일 것으로 추정하고 있습니다.
음의 질량 가설은 암흑물질의 대부분이 음의질량으로 이루어져 있고, 이 음의질량은 은하 밖에 분포하면서, 은하내의 양의 질량들에게 척력을 작용시키기에, 결과적으로 이는 은하내의 양의 질량들에게 추가적인 구심력효과를 작용시켜 은하의 로테이션 커브에 영향을 주는 것으로 설명하고 있습니다.
또한, 암흑에너지는 음의 질량이 존재함에 의해서 발생하는, 음의질량과 양의질량의 중력퍼텐셜에너지가 암흑에너지(dark energy)라고 주장하고 있습니다.(기존 물리학계의 암흑에너지에 대한 대응관계를 살펴보면, 암흑에너지에 해당하는 물리량은 "음의 에너지" 또는 "음의 정지질량 에너지의 총합"에 대응되는 것으로 보입니다. 이 음의 질량이 테스트 양의 질량에 만들어 내는 중력퍼텐셜은 양의 값이고, 따라서 척력적인 힘입니다.) 또한, 앞선 포스팅에서 암흑에너지값을 정확하게 증명하였으므로, 이와같은 암흑에너지 값으로부터 음의 질량이 은하밖에 분포하는 양을 추정하고, 이로부터 은하내에 추가적으로 발생시키는 질량효과를 계산해서 그것이 암흑물질에 의한 은하내의 공전커브 영향과 일치함을 검증한다면, 음의 질량 가설이 옳은지 그른지 알수 있을 것입니다.
이와 같은 과정에서, "암흑 물질은 음의 질량으로 이루어졌다!" 라는 포스팅에서 설명한 [은하 밖의 음의 질량 분포에 의한 구심력 효과는 은하내 반경R 이내에 양의 질량이 음의 질량밀도로 분포함에 의해 발생하는 중력으로 근사 시킬 수 있다.]는 결과를 활용하여 구하거나, 전구간에 대한 구각적분을 통해서 구하면 될 것으로 보입니다.
음의 질량 가설(좀더 길게는 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설, 음의 질량을 통한 암흑물질, 암흑에너지 가설)
암흑물질(Dark Matter) - 은하밖에 분포하는 음의 질량이 근원이며, 은하밖에 분포하는 음의 질량이 은하내의 양의 질량에 작용시키는 척력적인 효과가 곧 구심력 성분이기에 공전커브에 변화가 발생한 것이다!
암흑에너지(Dark Energy) - 음의 질량과 양의 질량사이의 중력 퍼텐셜에너지 항이 +값을 갖으며 이값이 현재의 암흑에너지의 크기를 정확히 설명한다!(기존 물리학계의 암흑에너지에 대응되는 물리량은 음의 에너지 또는 음의 정지 질량 에너지의 총합으로 보아야 할 것 같다. 이 음의 질량이 양의 질량들에 만들어 내는 힘은 척력이고, 중력퍼텐셜에너지 항은 + 값을 갖는다.)
따라서, 두 값이(암흑물질과 암흑에너지) 서로 연관되어 있다는 것이 "음의 질량 가설"의 주장이므로, 이러한 연관성을 검증해 본다면, 음의 질량의 존재여부를 검증할 수 있을 것입니다. ΛCDM 가설과 같은 경우는 암흑물질의 역할은 CDM(Cold Dark Matter)이 담당하며, 암흑에너지는 Λ(우주상수:Cosmological Constant)가 담당하고 있고, CDM은 인력적인 특성을 갖는 반면, Λ는 척력적인 특성을 갖고 있기에 서로 연관성이 없다고 주장하며, 이는 음의 질량 가설과 명확하게 구별이 됩니다.
4. 오목 중력 렌즈 효과 (http://icarus2.egloos.com/2782875)
앞선 포스팅에서 양의 질량이 만들어 내는 볼록 중력 렌즈효과(convex gravitational lensing effect)와 음의 질량이 만들어 내는 오목 중력 렌즈 효과(concave gravitational lensing effect)가 구분이 쉽지 않음을 설명하였습니다.
또한, 기존의 물리학자나 천문학자들이 음의 질량의 존재를 고려해 본 적이 전혀 없기에, 볼록중력렌즈 효과외에는 연구해 본적이 없는 것으로 보입니다. 중력렌즈 관련한 전문가가 오목렌즈효과가 존재할 경우 어떠한 특성이 나타날 수 있는지를 예측하고, 이를 통해서 기존의 중력렌즈 현상을 바라보면, 특정의 중력렌즈 현상이 볼록 중력렌즈인지 오목 중력렌즈인지를 구분할 가능성이 있습니다. 따라서, 오목 중력렌즈에 대한 이론을 세우고 우주로부터 오목중력렌즈 효과를 관측한다면 음의 질량 가설을 검증할 수 있을 것입니다.
5. 은하단 충돌 시뮬레이션(http://icarus2.egloos.com/2734452 )
총알성단(Bullet Cluster)의 은하단 충돌 모습이나, MACS J0025.4-1222 Cluster 의 충돌 모습등에 대한 설명에서, 음의질량(암흑물질)과 음의질량(암흑물질)간의 척력적인 특성, 음의질량(암흑물질)과 양의질량(은하, 은하단)간의 인력적인 특성이 명확히 보임을 설명하였으므로, 음의질량이 양의질량을 둘러싸고 있는 구조로부터 은하단 충돌을 시뮬레이션 한다면 음의 질량 가설의 옳고 그름을 검증할 수 있을것입니다.
암흑물질의 관측증거- 은하단 충돌에 대한 설명(http://icarus2.egloos.com/2734452) 포스팅에서 설명드렸듯이, 위의 이미지는 암흑물질과 암흑물질간의 성질,
암흑물질과 일반물질간의 성질,
일반물질과 일반물질간의 성질, 이 3가지가 모두 일치하여야 만이 설명될수 있기에 음의 질량을 통해서 이와같은 시뮬레이션을 해본다면, 암흑물질의 본질이 음의 질량인지 여부를 검증할 수 있을 것입니다.
6. Void 및 은하의 형성에 대한 시뮬레이션(http://icarus2.egloos.com/2786282 )
음의 질량의 존재는 Void의 형성과 은하의 형성에 대한 합리적인 이유를 설명하는 것처럼 보이기에 음의 질량과 양의 질량의 균일분포로부터 시뮬레이션 방법을 통해서 Void(공동)의 형성과 은하구조의 형성을 검증 할 수 있을 것입니다.
7. 음의 질량을 관측하기 위해선 은하내부가 아니라 은하 외부를 관측해야 한다.
음의 질량가설은 음의 질량이 현재 주로 분포하고 있는 지역이 은하내부가 아니라, 은하외부일 것으로 예측함으로, 은하내부가 아닌 은하의 외부, 은하의 경계부분을 관측하면 음의 질량의 존재를 검증할 가능성이 있다고 생각합니다.
8. 가속기 실험시 음의 질량에 대한 가능성을 열어두고 관측값을 살펴보아야 한다!
LHC를 비롯하여, 입자가속기로부터 음의 질량이 탄생할 가능성이 있으므로, 가속기 실험시 음의 질량에 대한 가능성을 열어두고 살펴볼 필요가 있습니다. 또한 우주의 가속팽창으로부터 척력적인 효과가 존재함이 명확해 졌으므로, 이러한 척력이 입자에 기반할 가능성도 있기에 가속기 실험시 반중력(antigravity)을 발생시키는 대상이 있는지에 대한 실험도 계획해 볼 필요가 있습니다. 현재까지는 중력이 다른 힘들에 비해 매우 작기에 반중력을 발생시키는 입자가 존재하는지에 대한 검증 실험이 이루어 지지 않은 것으로 알고 있습니다.
9. 우주의 나이에 대한 관측(http://icarus2.egloos.com/2730334 )
1998년 HSS팀 과 SCP팀이 우주에 대한 관측과, 우주상수가 없는 장방정식으로 부터 얻은 음의 질량 밀도(HSS팀 Ω_M= - 0.38 / SCP팀 Ω_M= - 0.40 )로 부터 우주의 나이가 대략 142.2억년, WMAP의 결과로부터 암흑물질이 음의질량일 경우 우주의 나이가 149.2억년 정도로 계산되며, 이값은 WMAP에서 구한 137.3억년보다 좀더 큽니다.
우주에 대한 정밀한 관측으로부터 우주의 나이가 137.3억년 보다 더 커야 한다는 관측결과가 나온다면 음의 질량가설을 좀더 검토해 볼 필요가 있습니다. 기존의 프리드만 방정식을 통해서 양의 질량에 대해서 우주의 나이를 구하듯이 구해본 결과는 144.2억년~ 149.2억년 이라는 값이 나왔고, 이를 기준으로 검토해 볼 수 있을 것입니다.
가령, 우주에 대한 관측으로부터 원거리 은하중 나이가 많은 은하들이 관측되는데 132억년 정도(그런데, 이 값도 은하형성 시점으로 보기에는 좀 이른값이 아닌지? 하는 생각이 듭니다만...) 되는 은하들도 관측되고 있습니다. 그런데, 만일 우주에 대한 관측으로부터 이보다 더 오래된 은하들이 관측된다면 이는 137.3억년이라는 우주의 나이가 옳지 않을 가능성을 시사할 수 있습니다. 최소한 은하형성이 우주가 탄생하고서 어느정도의 시간이 지난후 형성되었을 것으로 예측되기에~ 따라서, 우주에 대한 관측으로부터 더 오래된 은하들이 관측된다면 양의 질량에 기반한 우주의 나이가 틀렸을 가능성이 높고, 이는 음의 질량 가설을 좀더 심사숙고해볼 필요가 있음을 의미합니다.
10. 우주의 크기(http://icarus2.egloos.com/2762943)
음의 질량가설은 우주의 크기를 제시하고 있으므로, 따라서 향후 좀더 엄밀한 우주의 크기에 대한 계산으로부터 우주의 크기가(반경이) 853 ~ 1,337억 광년 사이 값을 갖는것으로 계산되는 경우 이는 음의 질량 가설을 검증하는데 사용될 수 있을 것입니다.
1) 평균거리 r_(-+) = R/3.27273 일때 구한 우주의 반경(우주의 직경은 2R) : 대략 967억 광년
최근에, WMAP으로부터 좀더 정밀한 관측값들이 발표되었기에 우주의 크기에 대한 좀더 최신의 계산이 필요할 것으로 보이며, 여기에서 우주의 크기에 대한 좀더 정밀한 계산이 수행되면 비교해 볼수 있을 것입니다.
그러나, 한가지 고려해야할 사항은 우주의 반경에 대한 기존의 식 (13.75)/(Ω-1)^(1/2) 에서, 우주의 팽창과 관련하여 임계밀도값으로 Ω값을 설정할 때에, 오직 양의질량만 존재하고, 이로인한 인력적인 상호작용만 존재한다는 가정하에서 Ω값의 임계값이 1로 설정되었다는 점입니다. 만일 음의질량이 존재한다면, 위의 식은 수정이 필요할 것으로 보입니다.
11. 기타사항
우주초기에 음의질량과 양의질량의 쌍생성을 가정함에 의해서,
암흑물질(dark matter),
암흑에너지(dark energy),
인플레이션 기작,
질량밀도가 임계질량밀도에 가까운 이유,
우주상수가 작고 0 이 아닌 양의 값을 갖는 이유,
암흑에너지가 우주초기에는 인플레이션을 발생시킬 만큼 컷으나, 현재는 우주상수처럼 매우 작은 이유,
암흑물질이 일반물질보다 더 많은 이유,
우주 전반부의 감속팽창과 후반부의 가속팽창,
우주의 나이,
우주의 크기,
암흑물질의 좀더 직접적인 관측증거인 은하단 충돌시 암흑물질과 일반물질의 특성 및 배치,
현재 우주의 암흑에너지 관측값 10^(-47)GeV^4 값에 대한 증명
등에 대해서 설명 또는 증명하고 있으므로, 이들 중 추가로 검증해 볼 수 있는 모델들이 있을 것으로 보입니다.
누군가가 다른방식으로 "음의 질량 가설"을 검증해 보길 바라며, 위의 검증방법들을 제시하였습니다.
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Hypothesis of Dark Matter and Dark Energy with Negative Mass :
Dark Matter is Negative Mass
태그 : 음의질량, 암흑물질, 암흑에너지, darkmatter, darkenergy, negativemass, 마이너스질량, 물리학, 우주론, 우주의크기, 우주의나이, 람다씨디엠, 중력자, 총알성단, 천문학
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