일반상대성 이론에서 마흐의 원리와 캐비테이션 우주론에서 빛의 여행 시간 단축

미디어위원회

천문학-우주

2024-05-01

일반상대성 이론에서 마흐의 원리와

캐비테이션 우주론에서 빛의 여행 시간 단축

(Mach’s Principle in General Relativity and

Reduced Light Travel Times in Cavitated Cosmologies)

Dr. Phillip W. Dennis

요약 :

이 논문은 젊은 지구 창조론자(young age creationist, YAC)들의 우주론에서 우주의 텅 빈 공간(voids, 보이드, 거시공동)이 빛의 여행 시간에 미치는 영향을 탐구하고 있다. 논문은 팽창하는 우주의 빈 공간이 균질한 우주에 비해 빛의 이동 시간을 훨씬 단축시킬 수 있음을 제안한다. 저자는 프리드만-르메트르-로버트슨-워커( Friedman-LeMaitre-Robertson-Walker, FLRW) 우주론에서 우주가 팽창하고 있는 중이라는 대중적 개념을 논의하고 있다. 저자는 이러한 통념과 다르게 우주는 팽창하지 않고 있다고 주장한다. 저자는 일반상대성이론(general relativity, GR)에서 공간이 빛의 속도보다 빠르게 팽창할 수 있다는 대중적 설명은 FLRW에서 균질한 물질이 공간과 동등하다는 사실 때문에, 물질이 팽창하는 것을 공간이 팽창하는 것과 혼동해서 온 것이라고 말한다. 예를 들어, 주변 물질이 팽창하여 형성된 팽창하는 공동(cavity)은 공간이 팽창하는 경우가 아니라는 것이다. 오히려 그것은 부피가 커지는 빈 공동이라는 것이다. 저자는 (1)일반상대성 이론(general relativity, GR)은 특수상대성 이론(special relativity, SG)을 포괄하는 이론이며, 일반상대성 이론에서 어떤 것도 국소적 광속보다 빠른 우주적 속도를 배제하지 않으며, (2)마흐의 원리(Mach’s principle)에 따라 팽창하는 우주에서 빛은 (공간이 아닌) 팽창하는 물질에 끌린다고 주장한다. 이러한 마흐의 관점은 물질이 중력 동역학 및 공간 왜곡의 근원이라는 일반상대성 이론의 원리와 일치한다. 일반상대성 이론 내에서 물질은 물리적 효력을 갖지만, 빈 공간은 그렇지 않다. 허블 흐름(Hubble flow)에 의한 관성 끌림(inertial dragging)은 항상 빛의 국소적 속도가 c가 되도록 하는 방식으로 팽창하는 물질보다 빛이 빠르게 이동하도록 한다. 팽창하는 우주에서 방출된 빛이 거리 r을 여행하는 시간은 FLRW 우주론에서 r=0에 도달하도록 한다. 적절한 반지름 r의 공동을 통과하는 데 걸리는 등가 비행시간을 도출한 결과, 팽창하는 동안 보이드 안의 빛은 표준 팽창우주 모델의 빛보다 훨씬 짧은 시간이 걸린다는 것을 발견했다. 만약 지구가 빛의 경로를 따라 여러 개의 보이드들이 있는, 한 국소적 공동에 있는 경우라면, 빛은 FLRW 모델보다 더 빨리 지구에 도달할 수 있음을 시사한다. 이러한 이동 시간 단축은 나의 일반상대성 이론 모델(Dennis 2018)과 결합하면 더욱 정교해질 수 있다.

이 논문의 서론에서는 일반 상대론적 우주론에서 초광속을 설명하기 위해 공간을 확장하는 표준 패러다임에 대한 비판을 제기하고 있으며, 그 개념은 근거가 부족하고, 빛의 여행 문제에 불리하다고 주장한다. 저자는 일반상대성 이론에서 공간이 빛보다 빠르게 팽창할 수 있다는 대중적인 설명에 이의를 제기하며, 프리드먼-르메트르-로버트슨-워커(FLRW) 모델의 대칭 가정(symmetric assumptions)과 공변좌표(comoving coordinates)의 사용으로 인해, 물질의 팽창이 공간의 팽창과 혼동되는 경우가 많다고 지적한다. 논문은 특히 비현실적인 균질성 FLRW 해결책에 기초한 팽창하는 공간이라는 설명은 젊은 지구 창조론(YAC) 모델과 양립할 수 없다고 주장한다. 이 논문은 빅뱅 후 4억 년 후에 빛을 방출한 먼 천체인 GN-z11의 예를 사용하여, 균질성(homogeneous) 우주 모델에서 초기 우주의 팽창이 어떻게 빛의 여행 시간을 더 길게 만들었는지를 설명하고 있다.

저자의 주장은 크게 네 가지로, 첫 번째로 우주는 팽창하고 있지 않으며, 원동력으로서 우주의 팽창은 팽창되는 빈 공간조차 들어오는 빛의 속도를 효과적으로 감소시킬 수 있다고 제안한다. 두 번째는 일반 상대론적 우주론은 공변좌표계가 아닌, 물질이 관성적 기준틀을 설정하는 마흐 효과(Machian effects)의 영향을 받는다는 것이다. 세 번째는 공간이 확장되는 것과는 반대로 물질이 팽창되면, 시간에 따라 달라지는 중력장을 통해 빛이 물질과 함께 끌려가게 되는데, 밀도가 0이 아닌 영역에서 들어오는 빛은 FLRW 모델에서 빛의 속도가 느려지는 것을 설명할 수 있다는 것이다. 네 번째는 멀어지는 물질 흐름은 지구를 향해 오던 빛의 진행을 방해하기 때문에, 은하들 간의 영역에서 보이드(voids, 거시공동)가 존재한다면, 빛의 여행 시간은 크게 단축될 수 있다는 것이다. 저자는 보이드가 빛의 이동 시간을 완전히 줄일 수는 없지만, 빛의 여행시간 문제(LTTP)를 개선할 수 있다고 말한다. 이 논문은 공간 자체가 팽창할 수 있다는 개념에 도전하며, 틀 끌림(frame dragging)과 함께 물질의 팽창이 관찰되는 현상의 원인이라고 주장한다. 이러한 견해는 상호보완적인 것이 아니라, 형이상학적인 것으로서 정반대되는 것임을 제시하고 있다.

이 논문은 결론적으로, 균질적으로 확장하는 물질을 가진 우주론은 공동을 통과하는 빛의 여행 시간보다 상당히 긴 빛의 여행 시간을 초래한다는 것을 보여주는데, 공동 내의 공간은 확장되지 않으며, 텅 빈 공간은 지구로 가는 빛의 이동을 방해할 수 없다. 따라서 거대한 보이드들을 가진 불균질한 우주론은 표준 우주론 모델인 균질적 우주론 모델에서 예측한 것보다 상당히 짧은 빛의 여행 시간을 가질 것이라는 것이다. 저자는 마흐의 원리가 일반 상대성 이론의 원리와 일관되게 물리적 효과를 설명하는데 만족스러운 방법인지를 검토했고, 불균질한 캐비테이션 우주론과 공변좌표의 일반적인 붕괴에 대한 헬라비와 레이크(Hellaby and Lake)의 분석을 통해, 공간 확장 패러다임에 대한 반증 사례들을 정량적으로 제공하고 있다. 또한 전 우주적 "초광속(superluminal)"은 일반상대성 이론 내에서 공간 확장 논쟁 없이 적절하게 설명된다는 것이다. 저자는 일반상대성 이론(GR)에서 광속에 대해 특수상대성 이론의 광속 한계에 호소하는 것은 잘못되었다는 것을 보여주었다. 일반상대성 이론은 특수상대성 이론의 포괄적 이론이며, 특수상대성 이론은 일반상대성 이론을 통해 해석되어야 하며, 일반상대성 이론에서 국소적 빛의 속도보다 더 큰 전 우주적 속도를 금지하는 것이 없음도 보여주었다.

이러한 고려 사항들을 감안하여, 젊은 지구 창조론자들은 시공간의 확장 구조 개념(빈 공간이 확장될 수 있다는 것을 의미)을 버려야 한다고 저자는 주장한다. 왜냐하면 이것은 공동에서도 더 오랜 빛의 여행 시간을 초래하기 때문에 젊은 지구 창조론에 비합리적이기 때문이라는 것이다. 그리고 2018년에 저자가 제시한 불균질한 우주 모델에서 보이드를 사용하면, 예측되는 빛의 여행 시간을 단축시킬 수 있다는 것이다. 향후 논문에서는 이러한 개선 사항과 불균질 우주 모델에서 빛의 여행 시간 단축에 대한 분석을 살펴보고자 한다.

논문 전문 보기 : https://answersresearchjournal.org/machs-principle-in-general-relativity-and-reduced-light-travel-times-in-cavitated-cosmologies/

*참조 : 젊은 우주에서 수십억 광년의 별빛 보기

https://creation.kr/Cosmos/?idx=12644405&bmode=view

별빛-시간 문제에 내재된 7가지 가정들 : 수십억 광년의 별빛은 성경적 창조론을 부정하는가?

https://creation.kr/Cosmos/?idx=1294036&bmode=view

멀리 있는 별빛은 우주가 오래되었음을 증명하는가? 1

https://creation.kr/Cosmos/?idx=1293949&bmode=view

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우주의 나이는 측정될 수 없다. 별빛-시간에 대한 새로운 개념 : 일방향의 빛의 속도는 측정할 방법이 없다.

https://creation.kr/Cosmos/?idx=5747719&bmode=view

우주에서 거대한 빈 공간(슈퍼보이드)이 발견되었다 : 등방성의 우주라는 빅뱅 이론의 기초 가정이 흔들리고 있다.