[ 우주론적 적색편이는 도플러 편이이다. ]
앞서, [ 공간은 팽창하지 않는다. 허블법칙의 새로운 증명 ]( http://icarus2.egloos.com/3305624) 이란 포스팅에서, 팽창하지 않는 공간에서 은하들이 +r방향의 운동속도를 갖고 있을 때, 허블법칙과 동일한 관측결과를 얻을 수 있고, 이에 따라 우주론적 적색편이(cosmological redshift)가 공간의 팽창으로부터 기인하는 것이 아니라, 은하들의 운동으로 인한 도플러 편이라는 주장을 하였습니다.
3차원 공간에서 우주가 팽창할 때(즉, 은하들이 +r방향의 속도를 갖고 있을 때), 가속도에 의한 변화가 작다면, 왼쪽과 오른쪽이 같다는 사실. 즉, 우리가 우주의 중심에 위치하지 않더라도, 모든 은하들이 우리를 중심으로 멀어지는 허블의 관측결과가 자연스럽게 나온다는 증명을 하였었습니다.
좀더 직관적인 설명으로는 팽창하지 않는 공간에서, 우주가 팽창할 때(즉, 은하들이 +r방향의 속도를 갖고 있고, 가속도에 의한 효과가 작을때) A–E1, B-E1, C-E1 가, 각각 A'-E2, B'-E2, C'-E2로 변하게 되고, 은하들간의 거리가 완전히 동일한 비율만큼 늘어난다는 것을(빨간색 선을 주시하시기 바랍니다.) 직관적으로 확인할 수 있습니다. 즉, E1, E2에 존재하는 관찰자는 “모든 은하들이 자신들을 중심으로 후퇴하며, V=HR의 관계식이 성립한다고 추정하게 될 것입니다. 위 설명은 “공간은 팽창하지 않으면서, 은하들이 +r방향의 속도를 갖고 있을 때에도” V=HR 형태의 허블 법칙이 성립할 수 있다는 것을 쉽게 추론할 수 있습니다. 이것은 “공간이 팽창한다”는 우리가 경험한적이 전혀없는 관념에 대해서 우리가 의구심을 가져야 한다는 것입니다. 참고로, +r방향의 속도는 우주 초기의 가속팽창이나, 최근의 암흑에너지에 의한 반중력적인 효과에 의해서 갖을 수 있습니다. ============= 종종 방문하는 물리학 커뮤니티인 Physicsforums.com에서 적색편이에 관한 표준적인 설명들을 만들던 도중에 논란을 가져온 논문이 있어서 소개코자 합니다. 저의 주장과 완전히 같은 주장은 아니지만, 여기의 적색편이에 대한 논쟁에서, Bunn and Hogg가 2008년에 쓴 논문이 나오는데, 여기에서 현재까지 알려진 세종류의 적색편이(Doppler shift, Gravitational redshift, Cosmological redshift)가 모두 Doppler Shift로부터 나오는 동일한 현상이고, 우주론적 적색편이의 경우에도 은하들의 후퇴속도 또는 상대속도는 c보다 작다는 주장을 하고 있습니다.
[ The kinematic origin of the cosmological redshift ]
http://arxiv.org/abs/0808.1081
토론에 참가하고 있는 PAllen의 설명중 일부
This produces the right answer and explains all cases. Gravitational redshift and cosmological redshift are simply special cases of Doppler that admit computational shortcuts (due to a family of static observers in the former case, and isotropy and homogeneity in the latter case).
Note, in particular, that a parallel transported 4-velocy will never exceed c in any local frame.
Recession velocity greater than c is really a generalization of the simple phenomenon in SR that in a given frame, two sources moving away from each other can separate at arbitrarily close to 2c (while have relative velocity - to each other - via parallel transport (trivial in SR) < c). In GR, such s separation speed can greatly exceed 2c, but it is wrong IMO to consider it a relative velocity.
In GR relative velocity is non-unique due to path dependence of parallel transport, but no matter what the path, the timelike (<c) character of a vector doesn't change via transport. In the case of Doppler, there is a distinguished path - the light path from emitter to receiver which carries information about the emitter's motion to the receiver.
- Cosmological redshift is clearly Doppler
- gravitational redshift is also clearly Doppler.
http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=678485 =================== ** 잡다한 부연설명 중력이 r^방향에 대한 의존성을 갖는다는 사실과, 우주의 총각운동량을 0로 추정하는게 가장 합리적이기에, 우주초기의 가속팽창에 의한 속도 및 암흑에너지로 인해 얻게 된는 속도 등도 ±r^ 방향을 갖을것으로 추정할 수 있음. 이러한 효과때문에 3차원 공간에서+r방향의 속도를 갖는 팽창은 스케일벡터 a(t)로 항상 묘사할 수 있지만, 중요한 차이점은 "공간의 팽창"이 적색편이를 발생시키는 것이 아니라면, 적색편이에 대한 관계식 a=1/(z+1)식이 엄밀히는 성립하지 않게되고, 이것이 거리에 대한 해석의 차이를 가져오게 될 것임. 우리는 원거리 은하의 거리를 직접 측정하지 못함. 거리를 정확히 측정하기 위해서는 빛을 쏘아서 되돌아오는 시간차 등을 이용해서 구하면 되는데, 원거리 은하 가령 10억광년 떨어진 은하의 경우 빛이 가는데 10억년, 오는데 10억년 걸려서, 지금 거리를 측정하려고 하면 20억년이나 기다려야 함. 그런데도 우리는 원거리 은하의 거리값을 현재 가지고 있음. 이것은 은하들간의 거리를 측정하는 몇가지 방법을 통하여 교차 측정하고 보정함에 의해서 어떤 일관된 체계(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Extragalactic_distance_ladder.JPG)를 만들었지만, 오차가 상당하고, 그중에 가장 핵심적인 역할을 하는 게 적색편이(redshift)와 허블상수(Hubble constant) 등임. 이 적색편이가 핵심적인 역할을 하는 이유는 원거리 은하로부터 지금 지구에 도착하는, 도착할 수 있는 거의 유일한 정보가 빛(전자기파)이기 때문임. 공간이 팽창한다는 가정으로부터 R=1/(1+z)식이 가까운 거리에서 옳다는 결과를 얻었고, 이에따라 모든 거리에서 이식이 옳음이 확실하다고 추정했는데, 문제는 공간의 팽창으로부터 구한 거리나 후퇴속도 등에 대한 정보와, 도플러 편이를 통해서 구한 두값이 모두 가까운 거리에서는(거의 160억광년 이내) 비슷한 값을 주기 때문에 변별력이 없거나 작다는 것임. 허블상수 자체도 허블이 관측했을때에 500km/s/Mpc 에서, 2000년대 들어 50~90km/s/Mpc 로 큰 범위를 가졌다가, WMAP 발표에서는 70km대 값을 가졌다가, 이번 플랑크 위성 발표는 67km/s로 또다시 변경될 정도로 여전히 불확실한 값을 갖고 있는 상태임. 허블상수의 불안정한 값에 대한 근거 : 간단한 네이버 백과사전 검색결과들 http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=200000000&docId=1223954&mobile&categoryId=200000469 허블상수의 값은 20세기 초까지만 해도 50~90 km/s/Mpc으로 추정되어 왔으나, 2006년 8월 NASA Chandra 관측결과 약 77㎞/s/Mpc라고 알려져 있다. 허블상수의 값은 허블이 1929년에 5백km/초/Mpc (1백만pc만큼 떨어진 천체는 1초에 5백km의 속도로 멀어진다는 뜻)의 값을 발표한 이후 천체의 거리 측정방법이 향상되면서, 점점 작아 졌다(반면 우주의 크기는 커짐). 요지는, 우주론에서 아직 측정값이 불안정한 점과, “공간의 팽창”이 너무 일찍 표준적인 설명으로 자리 잡았고, 우주를 가속팽창시키는 반중력적인 힘이 존재할 수 있다는 1998년의 관측결과 및 최근의 관측결과를 통한 의구심이 제대로 반영되고 있지 못하다고 개인적으로 생각함. 공간의 팽창의 유력한 근거로 삼았던 허블의 관측결과의 원인에 대한 설명과 우주론적 원리가 확실하지 않아 졌다는 점. 1) 모든 원거리 은하들이 우리로부터 후퇴한다는 허블의 관측결과 ---> 저의 증명처럼 모든 원거리 은하들이 우리로부터 후퇴한다는 허블의 관측결과가 “공간이 팽창”하는 경우에만 성립하는 것은 아니라는 점. 따라서, 허블의 관측결과가 “공간팽창”의 근거로서 취약해 졌다는 점. "우주가 팽창한다"는 점을 부정하는 것이 절대 아님. "공간이 팽창한다"는 관념에 문제제기를 하는 것임. 2) 우주론적 원리(Cosmological principle) – 등방성과 균일성이 성립한다는 가정 및 이것이 성립하는 것으로 보인다는 과거의 관측결과 [ 우주배경복사 관련 플랑크위성 발표와 우주의 등방성 및 균일성에 대한 의문들 ] http://icarus2.egloos.com/3405036 a. 최근 플랑크 위성의 CMBR 관측결과에서 CMB가 균일하지 않은 분포를 시사하고, 이에 따라 우주 초기에도 등방성과 균일성에 대한 의문을 제시함. c. 현역 물리학자가 말하는 SDSS(Sloan Digital Sky Survay) 결과에서의 불균일문제 이명현 : 그게 그렇게 간단치 않아요. 현재 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 프로젝트가 진행 중이에요. 은하의 3차원 분포를 확인하는 프로젝트입니다. 이 프로젝트 결과만 놓고 보면 우주의 모습이 전혀 균일하지 않아요. 그런데그렇다고 해서 '우주가 균일하지 않다'고 결론을 내릴 수도없는 상황이에요. 3) 과거에도 알려져 왔지만, “공간의 팽창”모델과 “팽창하지 않는 공간에서 은하의 운동을 통한 도플러편이”가 가까운 거리(z<2 이하)에서 서로 유사한 값, 달리 표현하면 당시에는 차이를 검증하기 어려운 결과값을 주고 있다는 점. ---> 과거에 이와 같은 결과가 버려진 데에는 a. 허블의 결과가 팽창의 중심이 아닌 곳에서는 성립하지 않을 것이라는 고정관념과, b. 중력은 오직 인력이기에, 당시에는 팽창의 동력 즉, 반중력원을 상상하기 어려웠던 점이 있었던 상황임. 그런데, 상황이 변하였음, 반중력적인 효과가 오히려 우주를 지배하는 상황이라고 추정되고 있음. 간단 요약 : “공간이 팽창한다”는 직접적인 관측결과가 여전히 존재하지 않고, 이러한 판단을 내렸던 시기에 비하여, 최근의 결과들로부터 이것이 불완전한 상태로 보이기에 재검증을 해볼 필요가 있다고 보임. 주의 사항 : 물론, 이것은 아직까지 아주 소수의 문제제기이므로, 시험볼때는 "공간의 팽창으로 인하여~" 라고 기술 바람.
http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=570&docId=74124&mobile&categoryId=1299
1999년 2월 현재 발표된 허블상수의 값은 약65km/초/Mpc이다.
가장 최근 플랑크위성의 발표는 67.8km/s/Mpc
--- > 이것도 과거만큼 확실하지 않다.
b. 올 2월달의 “지름 40억광년의 정설을 뒤집는 “우주 최대 구조”의 발견
http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20130116601012
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