영의 세계에 대한 물리학적 접근 : 공간 구조물-3 양자중력공간 이론 논문

2.‘휘어진 시공간’과 ‘평평한 시공간’

킵S.손 박사는 그의 책 "Black Holes & Time Warps (번역본; 블랙홀과 시간굴절)"에서 ‘휘어진 시공간 패러다임’과 ‘평평한 시공간 패러다임’을 설명한 바 있다. 이해를 돕기 위해 그 책의 내용을 인용한다. 단, 인용 내용상 블랙홀과 수직 방향으로만 자의 수축과 시간의 흐름의 변화가 일어난다고 고려한 점에는 주의하기 바란다. 이는 중력의 작용방향을 그림1의 오른쪽 그림과 같이 해석하였기 때문이다. 실제로는 왼쪽과 같다(조석중력을 고려[4]). 오른쪽 방향과 같이 해석할 경우, 수평방향의 시공간 수축은 무시된다.

킵S.손은 그의 책에서 시공간이 정말 휘어져 있을까를 의문을 가졌다[5]. 실제로 시공간은 평평하지만 그것을 측정하는 완벽한 시계와 자가 사실은 고무처럼 휘어져 있는 것은 아닐까, 가장 완벽한 시계조차도 이리저리 옮겨놓거나 방향을 바꾸어놓는다면, 느리게 가거나 빨리 갈 수 있지 않을까, 마찬가지로 가장 완벽한 자도 이리저리 옮기거나 방향을 바꾼다면, 수축하거나 늘어날 수 있지 않을까, 시계와 자에 대한 이런 변형이 평평한 시공간을 휘어진 것처럼 보이게 하는 것은 아닐까 하는 물음이다. 이에 대한 간단히 요약된 내용이 그림2이다.

위쪽 : 시공간은 참으로 휘어진 것으로 간주된다. 그리고 완벽한 자는 참인 시공간의 길이를 정밀하게 측정한다. 아래쪽 : 시공간은 참으로 평평한 것으로 간주된다. 그리고 완벽한 자는 고무로 이루어져 있다. 37km의 길이를 가진 완벽한 자가 원둘레 방향으로 놓일 때, 이 자는 참인 평평한 시공간을 측정한다(이는 중력의 방향을 그림1의 오른쪽 같이 해석하였기 때문, 수평 방향의 수축은 무시되고 있는 점에 주의). 그러나 반지름 방향으로 놓일 때, 이 자는 블랙홀에 가까워질수록 더 많이 수축하여 반지름의 참인 길이보다 더 크게 길이를 측정한다. 이 자는 16km로 보이는 구간을 37km라고 측정한다.

자가 고무와 같은 특징을 가지고 있다는 것을 모르는 사람들은 공간이 휘었다고 결론을 내린다(그림2의 위쪽). 그러나 고무와 같은 자의 성질을 알고 있는 사람들은 자가 수축했으며 공간이 사실상 평평하다는 결론을 내리게 된다(그림2의 아래쪽).

위에 설명 드린 두 가지 관점 중, 어느 것이 실제이고 참인가? 시공간은 실제로 평평한가, 아니면 휘어져 있는가? 그림2의 위쪽 그림과 같이 일반적으로 통용되는 관점을 ‘휘어진 시공간 패러다임’이라하고 아래쪽 그림의 고무와 같은 자를 도입한 관점을 ‘평평한 시공간 패러다임’이라 한다.

위에 인용된 ‘휘어진 시공간 패러다임’과 ‘평평한 시공간 패러다임’, 이 둘의 차이는 단순히 보는 관점의 차이에 불과하다. 그러나 본 논문에서 이 둘의 차이를 단순히 보는 관점의 차이에서 벗어나 물리적 공간 구조의 차이로 보려 하는 것이다. 본 논문에서는 휘어진 시공간 패러다임의 물리적 공간 구조를 ‘펼쳐진 공간 구조’라 하고 평평한 시공간 패러다임의 물리적 공간 구조를 ‘수축된 공간 구조’라 하였다.


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양자중력공간 이론과 빛

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