암흑에너지(Dark energy)의 근원은 반중력(Antigravity)! 음의질량-암흑물질-암흑에너지


[ 암흑에너지(Dark Energy)의 근원은 반중력(Antigravity)이다! ]

I. Introduction

1998년 관측으로부터, 우리는 우리 우주가 가속팽창하고 있음을 발견하게 되었고, 이러한 가속팽창을 일으키는 미지의 원인에 대하여 암흑에너지(dark energy)라는 이름을 붙였다.

우리는 다음의 3가지 이유로 암흑에너지가 반중력(anti-gravity)인 것은 아닌지 의구심을가져왔다.

1) 중력이 우주의 거시적 움직임을 지배해왔던 힘인 점

2) 암흑에너지의 스케일이 일반 물질이 만들어내는 중력의 크기와 비슷한 크기인 점(15배 수준~)

3) 암흑에너지의 효과가 척력적인 점

그러나, 다른 몇가지 이유로 암흑에너지가 진정으로 반중력으로부터 기인하는것인지 확신하고 있진 못하다.

1) 현재까지 실험실이나 지구 주변에서 반중력이 관측된 적이 없었던 점.






3)
암흑에너지 자체가 미지의 효과이듯이, 기존의 힘과는 다른 미지의 힘이 존재할 가능성이 있는 점.

우리는 암흑에너지의 근원이 무엇인지 여전히 모르고 있기에, 암흑에너지의 효과가 척력적인 점에서 "반중력적인 효과"라고는 불러도, "반중력"이라고 부르기는 어려웠다.

본 논문에서는 반중력으로부터 암흑에너지 항을 유도하고, 암흑에너지의 근원이 반중력임을 증명해 보이고자 한다.


II.
암흑에너지의 근원은 반중력이다.

1. 반중력이 존재할 때의 중력 퍼텐셜에너지

일반물질이 3차원 구형 분포시, 중력퍼텐셜에너지의 총합인 중력 자체에너지(gravitational self-energy or gravitational binding energy)가 다음과 같이 표시됨을 우리는 알고 있다.











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http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_binding_energy

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이제, 우리는 이것을 우주론에 적용할 계획이므로,


가정 : 간단한 모델화를 위하여, 은하단 수준의 우주론적 규모에서 반중력원의 균일 분포를 가정한다.

우리 우주에서 일반물질에 의한 중력 자체 에너지는


 


반중력원(antigravity source)에 의한 척력적인 중력 퍼텐셜 에너지가 얼마인지는 모르지만, 간단한 비교를 위하여 아래와 같이 비교에 용이한 상수 k_h를 도입하여 표시해 보자. 엄밀히 말해, k_h는 시간의 함수이다.





앞선 논문에서, 우리는 음질량과 양질량 사이의 중력퍼텐셜 항, 즉 척력적인 중력 퍼텐셜 항 U-+가 k_c((GM^2)/R)로 표시될 수 있음을 보였었다. [부연설명-2]참조.

2.  양의 중력 퍼텐셜 에너지가 발생시키는 힘

이러한 양의 중력 퍼텐셜 에너지가 발생시키는 힘을 구해보자.

 





















































이 힘을 기존의 암흑에너지 관련한 힘과 같다고 놓으면,








여기서 중력 퍼텐셜 에너지에 의한 힘은 3차원 구내에 존재하는 모든 입자들에 힘을 작용시키기에 우변에 총질량 M을 사용하였다.

구해진 Λ항을 보면, G.k_h,ρ,c가 모두 상수이므로, 우주상수 Λ 또한 상수임을 알 수 있다. 이것은 왜 현재 암흑에너지 관련한 우주상수가 상수처럼 보이는지에 대한 증명이기도 하다. 그렇지만, 엄밀히 말해 본 모델에서 k_h는 상수가 아니라 시간의 함수이다. 따라서, 암흑에너지항 또한 시간의 함수이다.

현재의 관측결과로부터 상수 k_h를 구해보고, 우리가 구한 Λ가 올바른 값인지 검증해 보자.

우리는 우주에 대한 관측으로부터 질량에너지를 측정하는 것이 아니라, 중력적효과를 측정하고 이 중력적 효과에 상응하는 질량에너지(mass-energy)의 존재를 가정하고 있다.

현재의 암흑에너지의 중력적 효과와 물질의 중력적 효과의 크기는 질량-에너지비와 같게 둘 수 있을 것이다.














이 값은 기존의 관측결과로부터 유추되고 있는 우주상수(Cosmological Constant) 람다의 디멘죤과 일치하고,값도 예측과 거의 비슷하다.
** 암흑물질 역시 인력적 효과로 추정되기에, 척력적효과/인력적효과 = 72.1/27.9 = 2.58로 볼수도 있고, 이 경우, k_h=2.58x3/5 =1.55 로 추정 할수도 있다.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant

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Thus, the current standard model ofcosmology, the Lambda-CDM model, includes the cosmologicalconstant, which is measured to be on theorder of 1052 m2, in metric units.

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어쨌든
, 우리가 반중력에 의한 중력 퍼텐셜 에너지로부터 구한 힘이 암흑에너지에 의한 힘과 동일한 형태를 갖고 그 크기와 척력적 효과를 정확히 설명할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 우리는 이러한 모델이 옳은지를 검증하기 위하여 2차항을 구했었는데

반중력원에 의한 중력적 퍼텐셜 에너지로부터 나오는 힘은



III. 증명이 내포하고 있는 의미들

1. 암흑에너지의 본질은 반중력이다.







**본모델에서 k_h가 시간의 함수이기 때문에, 암흑에너지항도 시간의 함수이다. 달리표현하면, "양의 중력퍼텐셜 에너지" 자체가 시간의 함수이므로, 기존의 우주상수와 다른 특성을 갖게되고 관측이 정밀해지면, 이러한 차이를 관측할 수 있을 것으로 생각한다. 

3. 위 증명은 왜 암흑에너지가 상수처럼 보이는 가에 대한 대답을 포함하고 있다.

4. 반중력원의 후보로 "음의 에너지(질량) " 과 "반중력을 발생시킬 가능성을 갖고 있는 반물질"을 후보로 둘수 있다.

5. 위 증명은 오직 물질 형태의 질량 분포에 대해서만 고려하였으나, 복사 등을 고려하거나 2차항을 고려하면 암흑에너지가 시간의 함수임을시사해 주고 있다. 복사를 포함한 상대론적인 식을 구할 필요가 있다.

6. 반중력원의 질량-에너지가 중력원의 질량-에너지와 같더라도, 척력적 중력효과는 인력적 효과보다 15배나 더 클 수 있다.( 논문 참조 바람.)

7. "암흑에너지가 왜 물질의 크기와 비슷한 크기를 갖는 가?" 하는 CCC(Cosmological Constant Coincidence) Problem에 대해서 우리는 답을 할 수 있다. 같은 중력적효과이기 때문에 비슷한 크기를 갖는다.

8. 우리는 암흑에너지에 대한 원인으로 일반적인 형태인 U=kr^n(n=실수)를 고려할 수 있고, 따라서 위 증명이 성립하는 것은 우연이 아닐가능성이 높다.

9. 기존의 우주상수나 진공에너지는 에너지가 보존되지 않는 관념인데 반하여, 양의 중력퍼텐셜에너지는 보존된다.

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The Change of GravitationalPotential Energy And Dark Energy in the Zero Energy Universe

http://vixra.org/abs/1110.0019


[부연설명-1]
** 중력퍼텐셜에너지의 총합이 아닌 균일분포하는 반중력원으로부터 발생하는 단일 중력퍼텐셜에너지(U=GMm/r) 로부터도 아래와 같이 F=kr 형태의 식을 유도해 낼 수 있다. 그러나, 이방식을 통한 추정은 반중력원의 크기가 중력원의 크기보다 더 큰값을 요구하는 것처럼 보인다. 그런데 여기서 한가지 주의할 사항은, 이때 중력원과 반중력원 사이의 중력퍼텐셜항이 있다는 것이다.

총에너지가 0인 Zero 에너지 우주에서 반경 r안에는 거의 동일한 크기의 양의 에너지와 음의 에너지가 분포할 것으로 추정되기에 음의 질량과 양의 질량이 각기 만들어 내는 중력퍼텐셜에너지의 총합은 0가 되는데 반하여, 음의 질량과 양의 질량 사이의 중력퍼텐셜에너지 항은 여전히 남아 있게 되고, 이것이 U-+ 값이며, 위 유도식에서의 "양의 중력 퍼텐셜에너지"에 해당되게 된다.



[부연설명-2]

간단한 모델화를 위하여, 음질량과 양질량이 전체적으로 균일분포한 시스템을 고려해 보자.


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덧글

  • 개성있는 이누이트 2013/02/15 14:24 #

    요즘 반중력에 대해서 관심이 있어서 이것 저것 보고 있는데 흥미로운 연구 결과를 공유해주셔서 많은 도움이 되었습니다.
    실은 제가 반중력에 대해서 관심을 가지게 된 계기가 군대에서 철책 경계근무를 하다가 UFO를 보게된 후로 UFO에 관심이 가지다보니 그들이 날아다니는 원리가 궁금해졌고 그러다보니 반중력이라는 분야에 관심을 가지게 됐습니다^^
    한가지 궁금한 부분이 반물질의 경우 우리 은하밖에 존재할 가능성이 크다고 하셨는데 그렇다면 우리은하의 끝에서는 어떤 일이 일어날까 하는 점입니다.
    은하 끝부분은 중력과 반중력 물질이 어느정도 섞여서 안정을 이룬 상태일까요? 아니면 그 둘이 극명하게 서로를 밀어내서 물질과 반물질 사이에 아무것도 없는 공간이 존재하게 될까요?
    그냥 글을 읽다보니 궁금해지더군요^^ 물론 아무도 가본적이 없으니 정답은 모르겠지만 상상해보면 재밌을 것 같네요.
    그리고 이카루스 님의 글을 읽다보니 마치 우주전체가 여러개의 자석들이 서로를 밀어내고 당기면서 평형을 유지하고 있는 상태와 비슷한 형태로 안정 상태를 유지하고 있는게 아닌가 하는 생각이 들더군요.

    그냥 이런저런 생각들이 떠오르는 걸 두서없이 적어봤습니다. 하여튼 흥미있는 연구를 하실 수 있는 역량이 되신다는 것이 좋아보이네요. 그럼 앞으로도 좋은 글 많이 올려주세요^^
  • 이카루스2 2013/02/16 04:07 #

    안녕하세여~

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    한가지 궁금한 부분이 반물질의 경우 우리 은하밖에 존재할 가능성이 크다고 하셨는데 그렇다면 우리은하의 끝에서는 어떤 일이 일어날까 하는 점입니다.
    은하 끝부분은 중력과 반중력 물질이 어느정도 섞여서 안정을 이룬 상태일까요? 아니면 그 둘이 극명하게 서로를 밀어내서 물질과 반물질 사이에 아무것도 없는 공간이 존재하게 될까요?
    ========

    현재 반중력을 발생시키는 모델로는 두가지 경우를 생각할 수 있습니다.

    모델-1. 반물질이 반중력을 발생시키는 경우
    현재 관측되고 있는 반물질들은 양의 에너지, 즉 양의 질량(m=E/c^2)을 갖고 있는 것으로 관측되고 있습니다. 그러나, 중력의 경우 매우 약하기에, 반물질이 인력을 발생시키는 것인지, 척력(반중력)을 발생시키는 것인지는 실험으로 확증되지 않았고, 현재 우주의 가속팽창으로부터 반중력원이 필요하기에, 반물질이 양의 질량을 갖고 있지만, 반중력을 발생시키는 대상으로 추정 또는 주장하고 있는 일부 물리학자들이 있습니다.

    이 모델에 따르면, 반물질끼리는 서로간에 인력을 작용시키기에, 반물질은 반물질로 이루어진 은하들 및 은하단을 이루고, 물질들은 물질로 이루어진 은하들 및 은하단을 이루며, 반물질과 물질 사이에는 척력이 존재하고, 효과 또한 척력적인 효과가 존재하게 됩니다.

    이 모델에서는 반물질과 물질로 이루어진 은하간에는 척력이 존재하기에, 둘은 서로 극명하게 분리되어 존재하는 형태를 띠게 될 것입니다.


    모델-2. 음의 에너지(질량)이 반중력을 발생시키는 경우
    질량-에너지 등가식으로부터, 질량은 m=E/c^2 으로 정의되고, 음의 에너지는 곧 음의 질량을 의미하게 됩니다.

    이러한 모델에서 물질들(통상의 양의 질량으로 이루어진 물질을 의미함.)끼리는 인력이 작용하기에 은하들을 형성하는 반면, 음의 질량들끼리는 척력적인 효과가 존재하기에 은하구조를 형성하기 어렵습니다.

    그리고, 음의 질량과 양의 질량간에는 척력이 존재하는데, 여기에서 매우 특별한 효과가 발생합니다. 가속도는 상대방의 질량의 크기에 의해서 결정되기에, 양의 질량의 절대값이 음의 질량의 절대값보다 클 경우 둘 사이에 힘은 척력(반중력)이지만, 효과는 인력적인 효과가 존재하게 됩니다.

    간단히 설명하면, 은하주변에 있는 음의 질량들은 은하로 떨어지는 인력적인 효과를 받습니다. 따라서, 은하주변에 음의 질량들이 존재한다면, 통상적인 양의 질량들처럼 은하주위를 공전하며 안정된 궤도를 이룰 수 있습니다.

    두 모델을 간단히 비교해 드리면,
    지구표면상에 모델-1의 반물질이 존재한다면, 이 반물질은 지표면에서 우주로 날아가게 됩니다.
    지구표면상에 모델-2의 음의 질량이 존재한다면, 이 음의 질량은 지표면에서 바닥으로 떨어지게 됩니다. 통상의 양의 질량을 가진 입자들과 동일한 운동이 발생합니다. 그러나, 모델-2를 응용하여, 이 것을 이용한 반중력 추진기관을 역시 구상할 수 있습니다.

    음의 질량을 이용한 반중력 추진기관 관련 글
    http://icarus2.egloos.com/2779821
    http://icarus2.egloos.com/2791322


    저는 몇가지 이유로, 모델-1보다 모델-2를 주장 및 지지하고 있습니다.

    일반적으로, 음의 질량의 운동특성에 대한 이해들이 많이 부족한거 같아서, 저는 여러 개의 동영상 시뮬레이션 결과들을 만들었습니다.

    그 중 아래 링크를 한번 보시면 조금 도움이 될 듯 합니다.
    http://www.youtube.com/watch?v=MZtS7cBMIc4

    그럼, 이만,
    즐거운 한 주 되시기 바랍니다.
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