반중력(Antigravity)의 존재를 시사하는 암흑에너지(Dark Energy) 반중력-Antigravity

** 이글은 "음의질량-암흑물질-암흑에너지"에 포스팅한 글입니다.
http://icarus2.egloos.com/3392798

위 글이 "반중력-Antigravity" 카테고리와도 겹치기에 여기에도 올립니다.

[간략한 요약] - 반중력이 존재할때의 중력퍼텐셜에너지를 구하고, 이러한 양의(positive) 중력퍼텐셜이 존재할 때, 입자 또는 은하들이 받게되는 힘을 구해보았더니, 그 힘이 현재 "우주를 가속팽창시키는 미지의 원인으로 지목된 암흑에너지에 의한 힘"과 동일한 형태(F= +(1/3)Λmc^2 r 형태, 즉 F= + kr 형태)를 갖고, 크기 또한 설명할 수 있더라는 내용입니다. 따라서, 암흑에너지의 본질은 반중력이고, 우리 우주에 반중력이 존재함을 시사하고 있다는 내용입니다.
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[ 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.