'주변 공간'과 '고유 공간'의 개념 양자중력공간 질문 답변

<공간은 어떻게 하여 퍼텐셜 에너지를 가질 수 있게 되는가?>

먼저 귀한 조언을 주신 운향목 선생님께 감사를 드립니다.

 

제가 사용한 '주변'과 '고유'라는 개념은 뮤온 입자의 윤곽을 기준으로 하여 나눈 것입니다. 뮤온 입자의 윤곽(아웃라인)의 내부 공간이 가지는 특성에다 '고유'라는 단어를 붙였고 뮤온 입자의 윤곽(아웃라인)의 외부 공간을 '주변'이라는 단어를 붙였습니다. 즉, 뮤온 입자가 운동을 한다고 볼 때, 뮤온 입자의 윤곽(아웃라인)의 내부 공간의 입장에서 보면 뮤온 입자가 아무리 어떤 속도로 움직인다 하더라도 내부 공간의 입장에서는 아무런 힘을 받고 있지 않는 정지해 있는 것과 같은 느낌을 받습니다.  그래서 그러한 공간에 '고유'라는 단어를 붙였고 반면에 그 나머지 바깥 모든 공간에 '주변'이라는 단어를 사용하였습니다. 뮤온 입자 내부 공간은 움직이는 기준계로 볼 수 있고 뮤온 입자 외부 공간은 정지한 기준계로 볼 수 있습니다. 즉, 움직이는 물체가 있을 때 물체 내부 공간과 물체 외부 공간 크게 두 개로 나눌 수 있다고 보고 내부 공간의 성질에는 ‘고유’라는 단어를, 외부 공간의 성질에는 ‘주변’이라는 단어를 붙이게 된 것이며, 물체 내부 공간을 움직이는 기준계, 물체 외부 공간을 정지한 기준계로 나누게 된 것입니다.

따라서 선생님께서 조언해 주신 이동하는 물질이 느끼는 시공간인 ‘경로’는 본인이 사용한 ‘주변’과 상통한다고 여기시면 됩니다. 저 역시 선생님께서 지적해주신 대로 ‘이동하는 물체의 경로 수축’이라고 보고 있습니다. 이동하는 물체의 경로는 이동하는 물체의 윤곽(아웃라인) 바깥의 사건이므로 결국 ‘주변’이라고 표현한 것이고요. 결국 선생님께서 말씀해주신 ‘이동하는 물체의 경로 수축’이란 이 글에서 표현한 ‘주변 공간의 수축’이라는 말과 동일하다 보시면 됩니다.

따라서 제가 표현한 ‘주변’과 ‘고유’의 경계선은 이동하는 물체의 윤곽이라 할 수 있으며 그 물체의 외부 사건인가 아니면 내부 사건인가에 따라 ‘주변’과 ‘고유’를 나누었다 생각하시면 됩니다. 따라서 이러한 관점에서 보면 이동하는 물체의 ‘고유 공간’은 이동하는 물체의 내부 공간에서 느끼는 것을 뜻하며, ‘주변 공간’은 이동하는 물체의 외부 공간 전체를 말하는 것입니다. 따라서 ‘고유 공간’은 움직이는 기준계라 할 수 있으며, ‘주변 공간’은 정지한 기준계라 할 수 있습니다.

 

이러한 정지 기준계와 움직이는 기준계 사이에는 시간 주기와 공간 거리의 팽창 수축에 있어서 상대성을 가지게 됩니다. 만약 움직이는 기준계가 광속에 가까운 속도로 움직이고 있다고 할 때 시간 주기와 공간 거리의 팽창 수축은 눈에 띄게 나타납니다.

시간의 주기를 먼저 살펴보면, 정지한 기준계에서 움직이는 기준계 내부 시계를 바라보면 내부 시계의 시간 주기를 보면 팽창되어 늘어나 있습니다. 즉, 시간이 느리게 가는 것으로 측정됩니다. 반면 움직이는 기준계에서 정지한 기준계의 내부 시계를 바라보면 그 내부 시계의 시간 주기는 어떻게 되어 있을까요? 지금까지는 단순히 이 역시 시간 주기가 팽창되어 늘어나 시계가 느리게 간다라고만 알고 있었습니다. 그러나 우리가 여기서 놓쳐버린 것이 있습니다. 그것은 시간 주기가 팽창되는 방향이 반대방향이라는 것입니다. 이는 시간 주기가 팽창되어 느리게 간다라고 해석해서는 안되고 오히려 시간 주기가 수축되어 빠르게 간다라고 해석해야 된다는 사실입니다. 이는 빛시계 모형을 약간 변형시켜 다음과 같은 모형으로 사고 실험을 해보면 금방 알 수 있습니다.

 

 

정지한 기준계(뮤온의 주변 공간)에서 움직이는 기준계(뮤온의 고유 공간)를 바라볼 때의 빛 시계의 모형은

 

와 같이 팽창하고,

움직이는 기준계(뮤온의 고유 공간)에서 정지한 기준계(뮤온의 주변 공간)을 바라볼 때의 빛시계의 모형은


와 같이 수축합니다.

따라서 정지한 기준계에서 움직이는 기준계를 바라볼 때 시간 주기는 팽창하여 늘어나지만 움직이는 기준계에서 정지한 기준계를 바라볼 때 시간 주기는 반대로 수축하여 줄어든다 할 수 있게 됩니다. 이는 공간 거리의 경우도 동일하게 적용된다고 보입니다.

즉, 시간 주기와 공간 거리에 있어서 상대성원리가 성립하게 된다는 것입니다.

따라서 이와 같은 관점에서 보면,

‘이동하는 물체의 경로 수축’은 ‘주변 공간 수축’으로 해석되며, 이는 위에서 살펴본 공간 거리의 상대성원리에 의해 ‘고유 공간은 상대적으로 팽창’되어 있다 할 수 있게 됩니다.

그래서 결국은 이동하는 물체의 고유 시간 주기는 팽창되어 있다할 수 있으며, 또한 고유 공간 거리도 역시 팽창되어 있다할 수 있게 됩니다. 반면, 이동하는 물체의 주변 시간 주기는 상대적으로 수축되어 있다 할 수 있으며, 주변 공간 거리도 역시 수축되어 있다(즉, 이동하는 물체의 경로가 수축되어 있다)할 수 있게 되는 것입니다.

 

따라서 결론적으로 공간은 이러한 시간 주기와 공간 거리의 팽창 수축의 정도에 의해 나름대로의 퍼텐셜 에너지를 가질 수 있게 되는 것으로 보입니다. 그리고 바로 이 공간의 퍼텐셜 에너지가 기에너지의 물리적 실체인 것으로 여겨집니다. Dr.Yeo


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