양자중력공간 이론과 그 응용-5 양자중력공간 이론 논문

3. 만유인력 상수G의 미세 요동

1797년 영국의 물리학자 헨리 캐빈디쉬는 (그림19)와 같은 정교한 비틀림 저울과





을 이용하여 만유인력 상수 G를 구하였다. 오늘날 공인된 만유인력 상수 G는



그런데 이러한 만유인력 상수 G는 고정된 값을 가지지 않고 미세하게 요동하는 값을 가진다.

최근 독일, 뉴질랜드, 러시아의 존경받는 연구팀에 의해 측정된 만유인력 상수 G의 값은 서로 일치하지 않고 크게 달랐다. 독일의 W.Michaelis가 이끄는 독일 표준 연구소 팀에 의해 측정된 값은 기존의 값보다 0.6%가 높았고, Hinrich Meyer가 이끄는 독일의 Wuppertal 대학 팀에 의해 측정된 값은 기존의 값보다 0.06%가 낮았으며, 뉴질랜드의 계측 표준 연구소의 Mark Fitzgerald와 그의 동료들로 구성된 팀에 의해 측정된 값은 기존의 값보다 0.1%가 낮았고, 러시아 팀에 의해 측정된 값은 기존의 값보다 0.7%가 높았다. 이들 측정값들은 모두 G의 편차율에 있어서 허용되는 수치보다 훨씬 높은 값을 나타내었다.(The Eöt-Wash Group: Laboratory Tests of Gravitational and sub-Gravitational Physics, The Controversy over Newton's Gravitational Constant, http://www.npl.washington.edu/eotwash/experiments/bigG/bigG.html)

J.P. Schwartz와 J.E.Faller는 1997- 1999년 3년간에 걸쳐 G를 측정하였으며 그 결과는 (그림20)과 같았다. 이러한 편차는 실험상의 가능한 모든 에러를 제거하여도 나타났다.(‘Final Demystification of the G constant variation’ by Ing.Xavier Borg, http://www.blazelabs.com/f-u-massvariation.asp) (L.M.Stephenson)

 

이는 G값의 편차들이 단순한 기술적 에러에 의해 나타나는 것이 아님을 뜻하며 근본적으로 G값은 고정된 값이 아니라 변할 수 있는 값임을 나타낸다.

 

디랙은 우주의 팽창으로 인하여 시간의 경과에 따라 만유인력 상수 G의 값이 감소한다는 가설을 세웠으며 이에 대한 증거 자료가 계속 쌓여 가고 있다.(Krastev,P.G., Li,B.-A)(Jong Bock Kim, Joon Ha Kin and Hyun Kyu Lee)(Tomaschitz R.)(Reza Mansouri, Forough Naeri and Mohammad Khorrami)

그런데 인플레이션 이론은 시간의 경과에 따라 우주 전체의 시공간이 팽창한다는 이론으로 이는 평평한 시공간 패러다임 즉, 외부관찰자의 관점에서 우주의 특정 부피의 공간만을 바라보았을 때에 해당 공간의 격자 간격이 넓어져 간다는 말과 같으며 이는 곧 해당 공간의 시공간 팽창도가 시간에 따라 감소함을 뜻한다. 따라서 위에서 언급한 디랙의 가설은 시공간 팽창도가 감소함에 따라 만유인력 상수 G의 값이 감소함을 뜻한다. 참고로 특이점 공간의 시공간 팽창도는 무한대(∞)라 할 수 있다. 따라서 이로 보건데 시공간 팽창도의 값과 G의 값은 상호 비례 관계에 있음을 추정할 수 있다.

현대 천문학의 관점에 있어서는, 우리 은하로부터 멀리 떨어져 있을수록 과거로 거슬어 올라가는 것이라 한다. 따라서 디랙의 가설에 의하면 우리 은하로부터 멀리 떨어져 있을수록 G 값은 증가한다. 이는 시공간 팽창도가 커질수록 G 값이 커짐을 고려해 볼 때 (그림12)의 내용과 일치한다.

International Academy of Science, Scientific Center of Fundamental and Applied Researches의 Khalilov E.N.팀은 소수점 5째 자리까지의 정밀성을 가지는 측정기구로 만유인력 상수 G를 측정한 결과 소수점 3째 자리에서 편차가 나타났다. 이들 편차들은 (그림21)과 같이 사인파의 경향을 보이므로 이는 초장주기 중력파(Super-Long gravitational Wave)가 지구에 영향을 주어 지구의 만유인력 상수에 영향을 미치므로 이러한 편차가 발생한 것으로 해석하였다.(Khalilov E.N.)

 

 

또한 Andrel Linde는 우주 공간 상에 흩어져 있는 혼돈된 시공간 팽창(chaotic inflation)의 영향으로 우주 공간 상의 다른 곳에서 각기 다른 만유인력 상수 G를 가질 수 있다고 주장하였다.(Andel Linde)

 

이와 같이 중력파나 혼돈된 시공간 팽창(chaotic inflation)은 모두 공간의 시공간 팽창도를 변화시킨다. 따라서 시공간 팽창도와 만유인력 상수 G 값은 상호 비례관계가 있음을 알 수 있다.

또한 백색왜성의 연구를 보면, 만유인력 상수 G의 감소가 별의 팽창을 유도하며 그 별의 냉각을 촉진한다고 한다(Isern J, Garcia-B erro E, Salaris M). 별의 팽창이 시공간 팽창도의 감소로 인해 올 수 있기에 곧 만유인력 상수 G의 감소는 시공간 팽창도의 감소와 관련 있음을 알 수 있다.

이러한 것들을 종합적으로 살펴볼 때, 시공간 팽창도의 감소 증가는 만유인력 상수 G의 감소 증가와 상호 비례관계에 있음을 알 수 있다. 즉, 시공간 팽창도의 감소는 만유인력 상수 G의 감소로 나타나며, 시공간 팽창도의 증가는 만유인력 상수 G의 증가로 나타난다.

 

(그림22)와 같이 시공간 팽창도가 상대적으로 다른 공간 구조물과 주변 공간 사이에는 서로의 시공간 팽창도가 차이 남으로 인해 (열원 주위로 주변 공기 온도의 연속적 변이 분포를 형성하듯이) 미묘한 연속적인 시공간 팽창도 변이 분포를 형성하게 되어 힘이 발생하는데 이 힘이 곧 만유인력인 것으로 추정된다. 따라서 물체와 결합되어 있는 공간 구조물의 시공간 팽창도에 변동이 있을 경우와 주변 공간의 시공간 팽창도에 변동이 있을 경우, 만유인력 상수 G는 변동을 보이게 된다. 따라서 만유인력 상수 G의 변동은 해당 물체와 결합되어 있는 공간 구조물의 시공간 팽창도와 주변 공간의 시공간 팽창도 간의 차이의 변동으로 말미암는다.

만유인력은 매우 미약한 에너지이다. 따라서 시공간 팽창도의 크기 변화에 의해 나타나는 에너지 차이는 매우 미약한 만유인력 에너지 레벨에서 나타날 것으로 추정된다.



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