나는 사고한다, 고로 나는 물리학도다! 음의질량-암흑물질-암흑에너지

[ 나는 사고한다, 고로 나는 물리학도다! ]


무언가를 배워가며 습득한 지식은 몇 번의 과정을 밟으며 재확인되면서,

어느새 우리의 믿음이 되어간다.

 

그리고, 그러한 믿음은 이내 고정관념이 되어간다.

지식은 우리를 자유스럽게 만들기도 하지만, 또한 지식은 우리를 구속한다.

 

나는 물리학의 절대명제 중 두 가지가 불완전함을 증명하였다.

 

 

1.     에너지가 낮은 상태가 안정하다.

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-- 음의 질량(에너지)의 경우 에너지가 높은 상태에서 안정하다!
 

2.     중력적 효과의 크기는 우주의 구성성분의 크기와 1:1 대응된다.

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1) U-+ 항이 그것의 본질적 근원에 대응되는 |U--| + |U++| 보다 클 수 있다.
2) 암흑에너지를 설명하기 위해서, 72.1% 수준의 질량에너지가 존재해야 하는 것이 아니라, 72.1% 수준의 중력퍼텐셜 에너지만 존재하면 된다. 
 

이 지극히 당연해 보이는 명제가 들어내는 불완전함은, 우리가 확실하다고 믿어왔던 것들을 다시 한번 돌아 보도록 요청한다.

 

이제 또 다른 명제와 관련한 믿음이 불완전할 수 있음을 보이고자 한다.

 

 

[ 반지름 R0인 구에 입자들이 균일 밀도 ρ0로 분포해 있다. 이 구가 팽창하여 R>R0인 상태가 되면, 이때의 균일밀도 ρρ0 보다 작다. ]

 

이 지극히 당연한 수학적 명제로부터 유추된 어떤 물리학적 관념에 도전해 보자!

 

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현재 우주에 대한 관측으로부터 암흑에너지는 진공에너지와 같이 상수처럼 보이고 있다.(현시점에서 관측된 암흑에너지와 예측된 진공에너지값 간에는 10^117(10의 117승) 이라는 물리학사에서도 유례가 없는 크기차이를 보이고 있다.) 
아직 관측에 대한 정밀도가 조금은 떨어지고, 암흑에너지의 근원이 무엇인지 정확히 알지 못하기에 그것이 정확하게 상수인지 여부는 확신할 수 없다.

 

그러나, 현시점에서의 판단은 과거 수십억년간 암흑에너지 밀도의 변화가 일반적인 입자들의 밀도 변화에 비하여 매우 작았을 것으로 관측되고 있다.

 

최근 수십억년간 거의 상수처럼 보인다는게 현재의 일반적인 공감대이다.

 

그런데, 만일 암흑에너지가 어떤 입자(5원소?)적 기반, 즉 어떤 국소적인 에너지 분포를 갖는 대상들의 집합이라면, 이러한 상태의 우주는 (에너지가 보존되는 상태에서) 우주가 팽창함에 따라 암흑에너지 밀도가 1/r^3 로 변화해야 하기에, 5원소나 어떤 국소적인 에너지 분포를 갖는 대상을 통한 설명은 현재의 암흑에너지를 설명함에 있어 치명적 결함을 갖고 있다고, 쉽게 판단할 수 있게 된다.

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이제 이러한 당연한 판단이 당연하지 않을 수도 있음을 보이고자 한다.

 

이것은 수치계산 결과이다.



반지름이 R0=200에서, 반지름이 R=400으로 2배 커진 반면에, 각 입자쌍(음의 질량과 양의 질량쌍)의 거리가 0.30에서 0.01 1/30 줄어들었을 때의 상황이다. 1000개의 입자쌍(총 2000개의 particle)을 쌍생성하고 총 퍼텐셜 에너지값을 구한 결과이다.

 

반지름 R0=200 에서, 반지름이 R=400으로 2배 커졌을 때, 즉 부피가 8배 커졌을 때에, 물질의 밀도는 당연히 1/8 수준으로 줄어들게 될 것이다.

 

그런데, 위의 계산 결과를 살펴보면, 척력적 중력 퍼텐셜에너지 밀도에 해당하는 ρ-+([음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설]에서 암흑에너지 밀도에 대응되는 물리량) 값이 부피가 8배나 커졌음에도 불구하고, 거의 상수로 유지되고 있다.

 

이는, 5원소 또는 입자적 기반 또는 국소적인 에너지분포에 기반하더라도, 암흑에너지(Dark Energy) 밀도를 거의 상수로 유지시키는게 가능함을 시사한다..

 

물론 나는 암흑에너지가 시간에 의존하는 변수라고 생각한다.

현재의 관측결과는 이러한 변화를 관측하기에 아직 부정확해 보이고, 이후에 좀더 엄밀한 관측들을 통해서 변수적인 특성이 관측될 것으로 추청한다.

위 메커니즘에서 입자A(양의 질량들)는 균일분포하고, 입자B(음의 질량들)도 균일분포하며, 입자A와 입자B는 1/r^3 로 변하지만, 부피가 커짐에도 불구하고 그들의 관계로부터 나오는 어떤 물리량은 상수값도 가능하다는 점이다. 

 

위 결과가 시사하는 바는, 어떤 물리량이 에너지보존법칙을 준수하는 상황에서 공간의 팽창을 고려할 때, 1/r^3 또는 1/r^4 형태의 밀도 변화만이 가능한 것은 아니라는 점이다.

 

 

이 글은, 물리학과 천문학의 근본명제들이 잘못되었을 수 있고, 따라서, 이 불완전하거나 잘못된 명제들에 근거하여 어떤 판단을 내리는 우리에게 주의를 촉구하는 내용이다.

 

[ 중력적 효과의 크기가 우주의 구성성분의 크기와 1:1 대응되지 않을 수 있다. ]

는 증명은 암흑에너지(dark energy)와 암흑물질(dark matter) 문제에서 반드시 짚고 넘어가야 할 문제이다. 이것은 천문학 및 우주와 관련된 근원명제일 뿐만 아니라, 암흑에너지와 암흑물질 또한 중력적 현상으로부터 유추되는 대상이기에 암흑에너지와 암흑물질의 존재기반이기 때문이다.

 

만일, 암흑에너지와 암흑물질이 기반하고 있는 근원명제가 불완전 하다면, 그들 또한 상당히 다른 양상으로 전개될 것이기 때문이다.


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덧붙혀서,  가장 자연스런 상태인 총에너지가 0인 우주로부터 은하들의 가속과 암흑에너지가 설명된다는 점 또한 시사하는 바가 크다.


덧글

  • 퀀텀유니버스 2012/02/05 20:34 #

    위 글의 계산에서 왜 입자쌍의 거리가 30분의 1로 줄어들어야하나요? 공간이 넓어지면 입자 간 거리가 멀어져야하지 않나요?
  • 이카루스2 2012/02/14 20:05 #

    우주가 팽창하지만, 그 가운데서도 로컬 은하 또는 은하계는 중력적으로 구속되어 있기 때문에 팽창하지 않습니다.

    가령, 현재도 안드로메다 은하는 우리 은하에 접근하고 있고, 먼 미래에는 우리 은하와 충돌하게 됩니다.

    이것처럼, 위 시뮬레이션에서 각 양질량 은하 또는 은하단을 음질량들이 둘러 싸고 있고, 이러한 음질량들은 은하 또는 은하계의 중력에 구속되어 있습니다.

    따라서, 시간이 지나면 그들사이의 거리는 점점 줄어들고, 그것이 위 시뮬레이션에서 묘사하고 있는 내용입니다.

    최근에 올린 두개의 포스팅의 동영상 시뮬레이션을 보시면, 음질량들이 은하들에 인력적인 효과를 받고, 따라서 그들간의
    상대거리가 줄어듬을 확인할 수 있으실 것입니다.

    http://icarus2.egloos.com/3294606
    http://icarus2.egloos.com/3295750
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