오늘 저는 여러분들에게 놀라운 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보여드리고자 합니다.
우주의 탄생으로부터 현재까지 우주가 보인 거시적인 움직임, 즉, [가속팽창 ==> 감속팽창 ==> 다시 가속팽창]을 "우주 초기에 에너지보존법칙이 성립했다!(또는 음의 에너지와 양의 에너지의 쌍생성이 있었다.)"는 단일한 가정을 통해서 증명해 보이고자 합니다.
여러분들의 이해를 돕고자 이번에도 한글 동영상을 만들었습니다.
즐거운 시간이 되시기 바랍니다.
1. 음의 질량(에너지)에 의한 원거리 은하의 가속팽창 - 암흑에너지
http://www.youtube.com/watch?v=71nMvwUhHwE(영문버전)
2. 음의 질량(에너지)과 양의 질량(에너지)의 쌍생성 모델을 통한 인플레이션, 감속팽창 그리고 가속팽창
http://www.youtube.com/watch?v=SRUqQM2FfNU(영문버전)우리는 컴퓨터 시뮬레이션을 멈추고, 각 입자의 위치로부터 중력퍼텐셜 에너지(U++, U--, U-+, U_tot)를 계산할 수 있는 프로그램을 만들었다.
개인 컴퓨터의 한계로 인하여, 시뮬레이션을 할 수 있는 입자수가 제한되기에, 빅뱅으로부터 현재의 우주까지 한번에 시뮬레이션 하지 못하고, 단계를 나누어서 보여주고 있으나, 그 변화는 명확히 관찰할 수 있다.
본 시뮬레이션은 놀라운 결과를 보여주고 있는데, 우주의 총에너지, 편평함, 우주의 탄생과정의 핵심(Total zero energy, pair creation of negative mass and positive mass )을 설명할 뿐만 아니라, 인플레이션과 전반부의 감속팽창, 후반부의 가속팽창(암흑에너지), 암흑물질을 오직 음의 에너지(질량)라는 단일항을 통해서 설명하고 있다. 더욱이 이 음의 에너지는 에너지 보존법칙에 의해서 필연적으로 요구되는 에너지이다.
A. 제로 에너지 상태로부터 우주의 탄생
1) 컴퓨터 시뮬레이션
시뮬레이션 조건
m+=1 (1,000ea), -m-=-1 (1,000ea)
U++ = -5190.4707907
U-- = -5308.0373689
U-+= 10499.2712222
U_tot = 0.7630625
Fig14. Zero Energy로부터 우주의 탄생과 팽창
총 정지질량 에너지=0. 총 중력퍼텐셜에너지= +0.763
|U_tot / U-+| = 0.0000726, 따라서 U_tot는 거의 0 이다.입자수가 많아 정확하게 중력퍼텐셜에너지(GPE : Gravitational Potential Energy)를 0로 만들수는 없었다. 따라서, 우리는 U_tot 값이 아주 조금 0보다 클때(+0.7630625208)와, 0보다 작을때(-0.5327703949)를 상정하고 시뮬레이션 했으며, 거의 똑같은 결과를 얻을 수 있었다.(첨부1,2)
2) 우주의 팽창
총 에너지가 0에서 출발함에도 불구하고 우주가 팽창하며, 양의 질량들은 서로간의 인력적인 상호작용으로 인하여 결합하는 반면, 음의 질량들은 척력적인 상호작용으로 인하여 거대 질량 구조를 이루지 못함을 알 수 있다.
즉, 양의 질량(에너지)과 음의 질량(에너지)의 쌍생성 모델은, 우주의 탄생시 에너지보존과 탄생 후 팽창을 자연스럽게 설명하며, 인플레이션이나 인플라톤과 같은 새로운 기작 또는 장의 도입을 필요로 하지 않고, 오직 중력만으로 이러한 효과를 설명한다.
3) 중력 퍼텐셜 에너지의 변화
Fig15-a. 우주 초기의 음의 중력퍼텐셜 에너지와 양의 중력퍼텐셜 에너지의 비.
우주가 팽창함에 따라, (양의 중력퍼텐셜 에너지 / 음의 중력 퍼텐셜) 비는 감소하고, 총 중력퍼텐셜에너지 U_tot 값이 음수가 됨을 알 수 있다.
Fig15-b. 우주 초기의 총 중력 퍼텐셜 에너지
Fig15-c. 우주 초기의 총 중력퍼텐셜 에너지(U_tot )와 양의 질량과 관계된 중력 퍼텐셜 에너지(U++ +U-+). U_tot값의 크기가 상대적으로 작기에 거의 직선처럼 보인다.우리는 현재까지 오직 양의 질량들(은하, 은하단)의 운동을 관측하고 있기에, 양의 질량과 관련된 중력 퍼텐셜 에너지는((U-+) + (U++)) 매우 중요한 의미를 갖는다.
a) 총 중력퍼텐셜 에너지가 0(+0.76306) 에서 음의 값으로 변함에도 불구하고, 양의 질량과 관계된 중력퍼텐셜 에너지는 +값을 갖기에 우주는 가속 팽창한다.
b) 총 에너지가 제로 임에도 불구하고, 양질량 관련한 GPE가 매우 큰 양의 값을 갖고, 이 값이 매우 빠르게 0로 접근한다는 점을 주목하기 바란다. 이는 마치 우주 초기에 인플레이션 과 같은 급속한 가속팽창과 이 인플레이션 기작의 빠른 소멸을 자연스럽게 설명하는 것 처럼 보인다. (위 시뮬레이션에서, U-+가 U_tot 최대값의 100배 수준이나, 음질량과 양질량의 min. distance를 조정함에 의해서 U-+은 훨씬 더 큰 값도 가능하다. Planck 스케일을 고려하면, 현재 GPE 밀도의 10^240 수준까지 키울수 있다. )
c) 이번과 다음번 시뮬레이션을 통해서 알 수 있는 점은, 시간이 조금 더 흘러가면, U_tot과 양질량 관련 GPE가 모두 음의 값을 갖고, 우주가 감속팽창 단계로 전환된다.
d) 기존의 학자들은 우주의 편평함을 설명하기 위해서, 인플레이션 기작을 가정하고, 인플라톤장을 도입해서 우주의 편평함을 설명하고 있다. 그러나, Zero Energy Universe에서는 그 자체로 편평함을 보장하기에 새로운 장의 도입이 필요치 않으며, 덧붙여 위 시뮬레이션은 우주 초기의 가속팽창이 새로운 장의 도입 없이 중력으로 설명될 수 있음을 시사한다.
4) 3가지 초기값(U_tot)에 따른 시뮬레이션 결과
Fig16-a. 총 정지질량-에너지=0, 총 GPE(초기값)= +51.79 / +0.76 / -0.53.
Time scale=0.5, Step scale(+0.76)=250, Step scale(51.79,-0.53)=200,
Fig16-b. 3가지 경우의 양질량 관련 GPE
3가지 경우 모두 총GPE가 초기값에서 감소하여 극소점을 갖은 후, 0에 근접하는 모습을 보이고 있다. 양질량 관련 GPE는 우주 초기에는 매우 큰 양의 값을 갖지만, 빠르게 0으로 근접하는 모습을 보이고 있다.
B. 원거리 은하들간의 중력 퍼텐셜에너지 및 가속팽창
1. 음의 질량에 의한 원거리 은하의 가속팽창 - 암흑에너지
http://www.youtube.com/watch?v=71nMvwUhHwE(영문- 동영상)1) 양질량이 상대적으로 넓은 영역에 분포할때
Fig17. 원거리 은하 - 음질량이 양질량을 둘러싸고 있는 은하구조
m+ = (1 X 500) + (1 X 500) = + 1000 , center1(-1000,0,0), center2(+1000,0,0), R=150,
-m- = (-1X 500) + (-1 X 500) = - 1000, negative mass distribution : -250≤(x±1000),y,z≤+250
양질량과 음질량의 단위질량의 크기를 갖게 하고, 시뮬레이션 했다.
우주가 탄생 후, 양의 질량들은 인력적 상호작용으로 인하여 뭉치게 된다. 반면에 음의 질량들은 척력적인 상호작용으로 인하여, 흩어져 있는 상태이다. 음의 질량과 양의 질량의 상호작용으로부터, 거대 양의 질량은 음의 질량에 인력적인 효과를 미치기에 음의 질량들은 거대 양의 질량 주변에 중력적으로 구속된다.
Fig18-a. 원거리 은하의 +GPE와 -GPE의 비
Fig18-b. 원거리 은하에서 U_tot 과 양질량 관련 GPE
가속팽창 ==> 감속팽창 ==> 가속팽창 하는 모습을 알 수 있다.
a) 원거리 은하의 +GPE와 -GPE의 비
i)초기에 양의 중력퍼텐셜 에너지가 음의 중력 퍼텐셜 에너지보다 작고, 따라서 총 중력퍼텐셜 에너지가 음의 값을 갖는 상태이다. 이러한 음의 중력 퍼텐셜 상태는 양의 질량들의 중력결합으로부터 기인한다.
ii)시간이 흘러감에 따라, 양의 질량들은 인력적 상호작용으로 인하여 결합이 증가하고, 음의 중력 퍼텐셜의 절대값은 최고에 이른다.
iii)양의 질량들이 결합하고 음의 질량들이 중력수축하면서, 음의 중력퍼텐셜 에너지의 절대값은 감소한다. 그리고, 이에 따라 총 중력 퍼텐셜 에너지는 양의 값으로 전환된다. 음의 질량의 중력수축 중심은 은하 또는 은하단이다.
iv)U_tot 과 양질량 관련 GPE가 양의 값으로 전환되며, 은하들은 가속팽창하게 된다.
v) 위 시뮬레이션에서 +GPE가 -GPE의 200% 수준으로 커짐을 확인할 수 있고, 우리는 GPE를 통하여 우주의 에너지성분을 추론하기에, 척력적인 암흑에너지가 인력적인 물질-에너지(통상적인 추론에서 matter + dark matter)의 200% 수준으로 커졌다고 추측할 것이다.
b) 원거리 은하에서 U_tot 과 양질량 관련 GPE
i) 우주 초기에는 양질량 관련 GPE가 매우 큰 +값을 갖었으나, 양의 질량들이 결합하여, 은하구조를 이루면서, 이 값은 작아진다. 위 시뮬레이션에서 아직 양의 값을 갖고 있고, 따라서 가속팽창을 하고 있는 상태이다.
ii) 양의 질량들이 중력결합함에 의해서, U_tot 과 양의 질량과 관련된 GPE 값이 모두 음의 값으로 전환됨을 알 수 있다. 따라서, 우주는 감속팽창 시대에 접어들게 된다.
iii) 음의 질량들이 거대 양질량에 구속(거대 양질량을 중심으로 중력수축)됨에 의해서, 양질량과 관련된 GPE값이 양의 값으로 전환됨을 알 수 있다. 따라서, 우주는 다시 가속팽창의 시대에 접어들게 된다.
iv) 우주의 감속팽창과 가속팽창이 "음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 모델"을 통해서 자연스럽게 설명되며, 가속팽창에서 감속팽창으로, 감속팽창에서 가속팽창으로의 전환 또한 설명된다.
v) 실제 우주에서는 수천억개의 은하가 존재하기에 음의 값에서 양의 값으로의 전환은 위그림보다는 좀 더 매끄럽게 전환될 것이다.
Fig19-a. 원거리 은하간 거리 변화와 상대속력
Fig19-b. 양질량 관련 GPE 와 음질량 관련 GPE
c) 원거리 은하간 거리 변화와 상대속력
i) 중력수축으로 인하여 8번째 단계에서부터 거대 양질량이 탄생한다. 이때부터 두 거대 양질량간의 거리와 상대속력을 구해보았다.
ii) 양의 가속도가 존재함을 알 수 있고, 가속팽창에 대응된다.
d) 양질량 관련 GPE 와 음질량 관련 GPE
입자들의 배치 및 양질량의 인력적인 특성과, 음질량의 척력적인 특성으로 인하여 양질량 관련 GPE와 음질량 관련 GPE가 서로 다르다.
C. 근거리 은하들간의 중력 퍼텐셜에너지의 변화
Fig22. 근거리 은하와 음질량 분포
m+ = 1 X 300 + 1 X 300 = +600
양의 질량 분포 : center1(-150,0,0), center2(+150,0,0), R=180 이내에 양질량 분포
m- = - 0.2 X 3000 = - 600
음의 질량 분포 : -500≤x,y,z≤+500
Fig23-a. 근거리 양질량 분포에서 +GPE와 -GPE의 비
Fig23-b. 12 ~ 14 step 세부 단계. 12-14까지 스텝을 20스텝으로 나눈 후, 12-11 스텝에서 13-20스텝까지 세부단계를 시뮬레이션한 결과이다.
Fig23-c. 근거리 은하에서 U_tot 과 양질량 관련 GPE의 변화
1)근거리 양질량 분포에서 +GPE와 -GPE의 비
a) 양의 GPE가 음의 GPE보다 작고, 따라서 U_tot이 음의 값을 갖는 상태이다. 이러한 음의 중력 퍼텐셜 상태는 양의 질량들의 중력결합으로부터 기인한다.
b) 시간이 흘러감에 따라, 양의 질량들은 인력적 상호작용으로 인하여 결합한다.
c) 10-12 단계에서 두 거대 양의 질량들의 운동에 의해서 일시적으로 중력퍼텐셜 값이 증가한다.
d) 양의 질량들이 결합하고, 음의 질량들이 거대 양질량을 중심으로 중력수축함에 의해서 -GPE의 절대값은 감소하고, 이에 따라 U_tot값은 양의 값으로 전환된다.
2) 근거리 은하에서 U_tot 과 양질량 관련 GPE의 변화
a) 음의 질량이 거대 양질량(은하 또는 은하단)을 중심으로 중력수축하면서, U_tot와 양질량 관련 GPE값이 모두 양의 값으로 전환됨을 알 수 있다. 이는 우리 우주가 감속팽창에서 자연스럽게 가속팽창으로 전환됨을 의미한다.
b) 우주의 팽창가속도의 변화는 양의 질량들이 중력 결합하고, 은하를 형성함에 의해서 발생한다.
==================================위 시뮬레이션 결과는 총 질량-에너지가 0이고, 총 중력퍼텐셜 에너지가 0 일지라도,
우주가 탄생하고 팽창함을 시뮬레이션으로 보여주고 있습니다.
이유는, 양의 에너지와 관련된 U-+항이 존재하기 때문입니다.
위 시뮬레이션은 우주 초기에 Zero 에너지로부터 시작하더라도, 가속팽창이 발생하고, 이것은 현재 우주론에서 요구되는 인플레이션 기작의 자연스런 시작과 종료를 시사하고 있습니다.
중요한 사항중 하나는, 인플레이션 이라는 매커니즘을 만들어내기 위해서 새로운 힘 또는 장을 도입하는 것이 아니라, 중력과 Zero 에너지 라는 조건으로부터 이것이 자연스럽게 나온다는 점입니다.
덧붙혀서, 양의 질량들이 뭉치면서, U_tot 및 양질량 관련 GPE 모두 음의 값으로 전환되며, 인플레이션의 종료와 전반부의 감속팽창을 자연스럽게 설명하고, 시간이 더 흘러가면 음의 질량들 또한 은하구조에 인력적으로 구속되면서, 우주가 가속팽창단계로 전환됨을 명확히 보여주고 있습니다.
[ 음의 질량에 의한 원거리 은하의 가속팽창 시뮬레이션 ]은 가속팽창 효과를 명확히 보여주고 있습니다.
가장 중요한 점은, "음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 모델"이 현재의 가속팽창만을 설명하는 것이 아니라, [가속팽창] ==>[감속팽창]==>[재 가속팽창]을 시간순으로 설명해 준다는 점입니다.
다음 포스팅에서는,
1) 양의 질량 과 음의 질량의 중력 수축 효과
2) 6개의 원거리 은하의 가속팽창
3) Zero Energy 상태에서 WMAP의 matter : dark matter : dark energy 비율이 나오는 은하 구조
4) 우주의 전체 시간에 있어서의 중력 퍼텐셜 에너지의 변화
5) 왜 암흑에너지가 상수처럼 보였는 가?
6) 맺음말
등을 올리도록 하겠습니다.음질량에 의한 우주의 가속팽창 - 암흑에너지 증명-2http://icarus2.egloos.com/3295750
Paper: The change of Gravitational Potential Energy and Dark Energy in the Zero Energy Universehttp://vixra.org/abs/1110.0019
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