다들 아시다시피, 몇일전에 2011년도 노벨 물리학상이 발표되었습니다.
우주의 가속팽창을 관측한 두팀의 리더와 핵심연구원인, 사울 펄무터와 브라이언 슈미트, 그리고 애덤 리스에게 물리학상이 수여되었습니다.
이번 노벨상의 수상은, 가속팽창의 발견의 중요함에 주어졌지만, 우리는 아직 그러한 가속팽창을 발생시키는 암흑에너지(Dark Energy)의 본질에 관하여 무지한 상태입니다.
저는 최근 몇주간 몇가지 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했고, 그리고 진실로 중요한 결과를 얻었습니다.
[ 암흑에너지 및 중력 퍼텐셜 에너지에 관한 중요한 보고 ]
Important Reporting on the Dark Energy and Gravitational Potential Energy
동영상의 길이가 10분으로 제한되어 있어, 중간중간 멈추어서 글들을 보시기 바랍니다.
15분짜리 영어버전이 유튜브에 올려져 있습니다.
http://www.youtube.com/watch?v=GUpiH3jsCnA
[Abstract]
중력은 우주의 구조를 지배하는 힘이고, 우리는 우주의 구성성분을 파악함에 있어 중력 및 중력퍼텐셜 에너지의 크기를 통하여 우주를 구성하는 성분들의 양을 추정하고 있다. 본 논문에서는 우주가 제로 에너지 상태로부터 양의 에너지와 음의 에너지의 쌍생성을 통하여 탄생하고 팽창할 수 있음을 보이고 있다.
또한 음의 에너지와 양의 에너지가 존재할때의 중력퍼텐셜 에너지는 U++, U- -, U-+(음의 질량과 양의 질량 사이의 중력퍼텐셜 에너지) 3개항으로 구성되어 있고, 이중 U-+는 양의 값을 갖으며, 척력적 중력효과를 갖게 하는 성분이다. U-+는 시스템의 내부에너지에 대응되며, 암흑에너지로 해석될 수 있다.
또한 음의 질량과 양의 질량의 분포에 따라, U-+는 |U++ + U--| 보다 훨씬 큰 상황도 가능한데, 이는 72.1% 수준의 암흑에너지가 독립적으로 존재하는 것이 아니라, matter에 해당하는 4.6%(또는 암흑물질을 포함하여 27.9%수준)의 양의 에너지(질량)와 똑같은 4.6%(또는 27.9% 수준)의 음의 에너지(질량)에 의해 발생하는 중력 퍼텐셜 에너지에 의해서도 설명이 가능함을 의미한다. 더욱이 4.6%(또는 27.9%)의 음의 에너지는 우주의 가장 자연스러운 총에너지값인 0 에너지로부터 필연적으로 요구되는 에너지이다.
본 발견은 중력의 크기와 우주의 구성성분의 크기가 언제나 1:1 대응될 것이라고 확신했던 우리의 믿음이 잘못되었음을 시사한다.
I. Introduction
중력은 우주의 구조를 지배하는 힘이고, 우리는 우주의 구성성분을 파악함에 있어 중력 및 중력퍼텐셜 에너지의 크기를 통하여 우리 우주를 구성하는 성분들의 양을 추정하고 있다.
우주의 구성성분과 미지의 어떤 에너지량을 추정하는데 있어서, 중력은 핵심역할을 수행해 왔다. 가령, 우주가 어떤 물질들로 이루어져 있고, 이 물질들이 항상 등속도로 움직이고 있다면, 이 물질들의 인력을 상쇄시킬 미지의 척력적 에너지가 필요하고, 이 에너지의 크기는 물질들의 에너지의 크기(우리는 이 크기비교를 중력 및 중력퍼텐셜 에너지에 의해서 비교하기에 결국 물질들의 에너지(질량)가 만들어 내는 중력퍼텐셜 에너지의 크기)와 같고 방향은 반대여야 한다고 추정해 왔다.
1998년의 우주의 가속팽창에 대한 관측으로부터, 우리는 우주의 가속팽창이 발생하기 위해서는 눈에 보이는 물질들의 모든 에너지를 합한 것보다 더 큰 척력적 에너지가 존재해야 한다고 추정하고, 이를 암흑에너지라고 이름 붙혔다. 또한, 이 암흑에너지는 물질 및 암흑물질과는 다른 독립적인 에너지로 인정받아 왔다.
우리는 중력 및 중력퍼텐셜 에너지에 의한 위의 분석은 그 타당성이 명확하다고 믿어 왔다.
그런데, 우리는 최근에 수치계산을 통해서, 이러한 중력적 효과를 통한 분석이 심각한 오류를 내포하고 있을 가능성을 발견하였다.
음의 질량의 경우 에너지가 높은 상태에서 안정하다!는 발견으로부터 마이너스 무한대 에너지 준위로의 천이문제는 발생하지 않고, 음의 질량은 우리 우주에서 안정적으로 존재할 수 있다.
본 논문에서는 우주초기에 음의 에너지와 양의 에너지의 쌍생성을 가정할 경우, 우주의 팽창과 현재의 은하 및 Void 구조를 이룰 수 있음을 보이고, 음의 에너지와 양의 에너지가 같이 존재할 때, 중력 퍼텐셜 에너지의 크기를 구해보고, 이러한 중력퍼텐셜에너지 값이 현재의 암흑에너지의 크기와 관련하여 시사하고 있는 바를 설명하고자 한다.
II.제로 에너지 상태로부터 우주의 탄생 [1-빅뱅시뮬]
Birth of the universe from zero energy state
http://www.youtube.com/watch?v=vYEPbCpkLa8
이 컴퓨터 시뮬레이션은, 우주가 제로 에너지 상태로부터 양의 에너지와 음의 에너지의 쌍생성을 통해서 탄생하고, 지금의 우주구조를 이룰 가능성을 시사하고 있다.
III.암흑에너지 및 중력 퍼텐셜 에너지의 중요한 특성
A. 시뮬레이션의 배경 및 방법
1) 물리학적 배경(Physical background)
a) 우주의 에너지의 초기값과 관련하여,
우주의 에너지의 초기값이 0 인 것이 가장 자연스럽다. 따라서 물질의 양의 에너지를 상쇄시키기 위한 음의 에너지가 필요하다.
b) m- = m+
본 논문에서는, 쌍생성된 입자쌍의 배치에 따라 다양한 중력퍼텐셜 에너지값(<0, 0, >0)이 가능함을 보이는 것이 목적이기에, m+와 m-가 같은 경우를 살펴보겠다.
c) 중력 퍼텐셜 에너지
음의 질량과 양의 질량이 같이 존재할 때, 중력 퍼텐셜 에너지는 아래 3개의 항으로 구성되어 있다.
음의 질량과 양의 질량이 같이 존재할때의 중력퍼텐셜은 중요한 특성을 보이는데,
위와 같이 양의 중력퍼텐셜 항이 n^2개 생성되는데 반하여, 음의 중력퍼텐셜 항은 n^2-n개 생성된다는 점이다. 이러한 특성이 암흑에너지와 같은 중요한 특성을 가져올 수 있다.
d) 진공에너지
현재 알려진, 진공에너지값은 너무나 큰 에너지 값이다. 이러한 진공에너지가 존재한다면 우리 주변에서 쉽게 발견되지 않는 이유를 설명하기 어렵다.
음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설은,
진공이 양의 에너지와 음의 에너지의 쌍생성, 쌍소멸이 발생하는 공간이기에, 진공에너지는 정확히 0가 될 것이다.
e) 음의 질량의 운동특성
음의 질량의 운동특성은 이 동영상을 참고하기 바란다.
http://www.youtube.com/watch?v=jlDl9w8ariI
2)시뮬레이션 프로그램
중력퍼텐셜 에너지의 특성을 살펴보기 위해서 우리는 Roice Nelson이 제작한 Gravitation3D라는 시뮬레이션 프로그램(Demo version)을 사용하였다.
3) 시뮬레이션 세팅
a) 파라메터 정의
시뮬레이션을 위하여 몇가지 파라메터 들을 정의할 필요가 있다.
쌍생성된 음의 질량과 양의 질량사이의 거리(1개쌍의 거리) : d0
쌍생성시 밀도 조절을 위한 입자쌍간의 최소 거리 : dm
쌍생성이 발생한 영역의 반지름 : R=500
쌍생성한 입자수 : N0 = 2000ea (1000 pair)
a) 평균값 구하기
Gravitation3D 프로그램을 통해서 1000개의 입자쌍(총 2000개의 particle)을 랜덤 생성하고, 각각의 거리값에서 5번씩 시뮬레이션 한 값의 평균(중력 퍼텐셜 에너지 값)을 구했다.
b) 프로그램에 대한 검증
우리는 프로그램의 계산결과가 옳은지를 확인하기 위해서, 수작업으로 1개쌍, 2개쌍, 3개쌍(6 particles – 15개의 포텐셜로 구성되어 있다.)의 입자가 존재할때의 중력퍼텐셜 에너지를 구해보았고, 이값이 프로그램의 계산결과와 일치함을 확인하였다.
B. 시뮬레이션 결과(5번씩 시뮬레이션 한 값의 평균값이다)
1) 거리 = 0.01
양의 값(척력적인 중력효과)을 갖는
우리는 위와 같은 에너지 값에 대해서 눈에 보이는 물질들의 인력보다 더 큰 미지의 척력적 에너지 U-+가 존재한다고 기술하게 될 것이다.
--- 이어서 암흑에너지에 관한 매우 중요한 시뮬레이션 결과-2
http://icarus2.egloos.com/3243447
========
Important Report on the Dark Energy and Gravitational Potential Energy
최근 덧글