암흑에너지의 근원은 중력적 자체에너지와 입자 지평선의 확장이다.
2. 관측가능한 우주에서 질량 에너지와 중력적 자체 에너지의 크기 비교
1) 관측 가능한 우주(입자 지평선 안의 우주) 46.5Gly의 총 질량 에너지
간단히, 입자 지평선(particle horizon)은 상호작용의 범위를 의미한다. 따라서 의미가 있고 중요하다.
임계밀도 ρ_c = 8.5x 10^-27[kgm^-3], 관측 가능한 우주의 크기 : 46.5Gly를 사용했다.
현재 우주는 거의 평평한 시공간이므로, 입자 지평선 내의 총 질량 에너지는
음의 에너지성분, 척력적 성분이 인력적 성분보다 대략 3.04배 크다. 따라서 우주는 가속팽창한다.
*쉬운 계산이므로 직접 수행해 보기 바란다. 직접 계산을 해보면, 이 모델 좀 더 검토해 보고 싶은 생각이 들 것이다.
입자 지평선이 16.7Gly 일때, 질량에너지와 중력적 자체 에너지의 크기 비율을 구해보면,
U/Mc^2 = - 0.39 값을 얻게 된다.
16.7Gly일때 평균 밀도 값을 알고 있지 못하기에, 현재의 임계밀도 값을 사용했다. 대략적인 밀도값에도 불구하고, 이 모델이 가능성이 있음을 알 수 있다.
즉,
관측가능한 우주(상호작용의 범위)가 16.7Gly로 현재 보다 작았을때에는 척력 성분인 U가 인력 성분인 Mc^2보다 작아 감속팽창의 시기에 있다가,
관측가능한 우주(상호작용의 범위)가 46.5Gly인 현재에서는 척력 성분인 U가 인력 성분인 Mc^2보다 대략 3.04배 더 커서 가속팽창의 시기에 있음을 추론할 수 있다.
즉, 현재의 관측결과를 설명하기 위해서 필요한, 감속팽창의 시기에서 가속팽창의 시기로 변하는 과정을 포함하고 있는데다, 현재의 가속팽창 또한 설명하고 있다. 따라서, 인력적 성분과 척력적 성분의 크기가 같아지는 변곡점. 감속팽창에서 가속팽창으로 변하는 시기를 계산해 보면~
3. 감속팽창에서 가속팽창으로 변하는 변곡점
간단하다, 질량에너지와 중력적 자체에너지가 같아 지는 지점이다.
나는 변곡점에서의 평균밀도 ρ 값을 모르기 때문에, 변곡점 R_gs를 정확하게는 구할 수는 없다. 그러나, 전체적인 흐름과 본 모델의 가능성을 살펴보면 충분하기 때문에, 현재의 평균 밀도를 가지고, 변곡점을 구해보면,
R_gs = 26.2Gly 값을 얻게 된다.
평균밀도를 현재 평균밀도의 1.25배를 가정하면, 감속팽창에서 가속팽창으로 전환되는 변곡점 R_gs=23.7Gly 이다.
평균밀도를 현재 평균밀도의 2배를 가정하면, 감속팽창에서 가속팽창으로 전환되는 변곡점 R_gs=18.8Gly 이다.
결과를 기존의 입자 지평선 그래프와 비교해보면, 감속팽창에서 가속팽창으로 전환되는 변곡점은, 현재로부터 대략 50억~70억년 전이다. 현재 표준우주론에서 이 값을 대략 50억년 전으로 추정하고 있기에 비슷함을 알 수 있고, 따라서, 정확한 값을 가지고 본 모델에 의해 검토해 볼 필요가 있다.
4. 질량 에너지의 증가 대비 중력적 자체 에너지의 증가 비율
만일 입자 지평선이 증가하고, 양의 질량 M이 유입되거나 생성되면, 이 양의 질량 M에 의해서 생성되는 음의 중력퍼텐셜 에너지의 등가 질량은 대략 -5.14M이 생성됨을 의미한다.
이 비율은 고정된 값이 아니고, 밀도와 입자 지평선의 크기에 의존한다. 간단하게는 양의 질량 m이 유입되면서, 이 질량 m이 만들어 내는 중력 퍼텐셜에너지에 의해서 음의 등가 질량이 5.14배 생성되는 셈이다. 즉, 척력성분이 인력성분보다 더 크게 생성되기에 가속팽창과 같은 현상이 발생한다고 설명할 수 있다.
밀도 함수를 알지 못하기에, 현재의 임계밀도 값을 사용했다. 따라서, 대략적인 경향을 보기 바란다. (-R_s/2R)은 양의 질량에너지 생성 대비 음의 중력적 자체 에너지 생성 비율이다. 입자 지평선의 크기가 R_gs 보다 작을때에는 양의 질량에너지 대비 음의 중력적 자체에너지가 적게 생성되지만, 입자 지평선이 R_gs보다 커짐에 따라, 양의 질량에너지 대비 음의 중력적 자체 에너지가 더 많이 생성됨을 알 수 있다.
현재의 비율, 5.14는 물질 vs 암흑물질의 비율과 유사하다. 이런 이유로, 암흑물질이 존재하지 않고, 암흑물질의 근원 또한 중력적 자체 에너지로부터 발생할 가능성이 있다.
5. 입자 지평선의 증가에 따른 암흑에너지(중력적 자체 에너지)의 증가
1)인플레이션 과정을 통해서, 전 우주에 입자들, 은하들이 거의 균일하게 퍼졌다.
2)은하들이 허블-르메트르 법칙에 의해서 운동한다.
3)반면에, 장의 전달속도, 상호작용의 범위(입자 지평선)는 가장 빠른 속도인, 팽창하는 공간에서의 빛의 속도를 갖는다.
4)따라서, 시간이 지남에 따라, 입자 지평선에는 많은 물질들(은하들)이 신규로 진입한다. 즉 신규로 진입하는 물질들은 중력적 상호작용을 하게 되고, 입자 지평선안의 영역에 질량 증가와 중력 퍼텐셜에너지 증가를 가져온다.
5)그런데, 질량에너지는 M에 비례하는 반면에, 중력적 자체에너지는 -M^2/R 에 비례한다. 우주가 커질수록, 중력적 자체에너지가 더 빠르게 커진다. 따라서, 척력 성분이 인력성분보다 더 빠르게 증가한다.
6)입자 지평선 안으로 신규 편입된 물질에 의한 중력 퍼텐셜에너지의 증가가, 암흑에너지 효과를 발생시킬 가능성이 있다.
입자 지평선내에서의 에너지의 탄생에 대해서도, 같은 원리를 적용할 수 있다. 즉, 어떤 이유로 질량에너지가 M만큼 증가하면, 이로 인해 중력퍼텐셜에너지는 -M^2/R만큼 증가해서, 암흑에너지 효과를 만들어 낼 수 있다. 로컬한 영역에서는 에너지보존을 충족하면서 질량 M이 탄생하지만, 장이 전파되면서 기존 질량들과의 중력적 상호작용이 생기기 때문에, 이로 인해 중력적 자체 에너지가 증가하는 모델을 생각할 수도 있다.
7)현재 우주는, 대략 50억년 전에 암흑에너지 효과가 물질 암흑물질의 인력적 효과를 넘어선 것으로 예측되고 있다. 본 모델에 따르면, 양의 질량에너지와 음의 중력적 자체 에너지가 같아지는 지점이다. 본 모델에 의한 대략적인 추정으로는 대략 50억~70억년 전에 변곡점을 지날것으로 예상된다. 따라서, 가능성이 있다.
우리가 우주의 평균밀도 함수를 알면, 정확한 값을 구할 수 있고, 관측 결과와 비교해서 본 모델을 검증할 수 있다.
8)중력 퍼텐셜에너지는 이미 존재하는 개념이고, 척력을 만들어 낼 수 있는 음의 에너지이다.
본 모델은 양의 에너지 밀도(양의 관성질량)을 가지면서, 음의 압력을 행사하는 현상과 비슷한 결과를 만들고 있다. 입자 지평선의 확장으로 양의 질량이(물질들의 신규 유입 또는 탄생) 증가하지만, 이들 양의 질량들이 만들어 내는 음의 중력퍼텐셜 에너지가 더 크다. 양의 관성질량을 가지면서, 양의 관성질량보다 더 큰 음의 중력질량을 만들어 내고 있는 것이다. - 이건 기존에 존재하는 개념으로 만들기 쉽지 않은 메커니즘이다. 그래서 본 모델을 검토해 볼 가치가 있다.
6.암흑에너지의 근원이 중력적 자체 에너지 또는 중력 퍼텐셜 에너지라는 본 모델을 검증할 수 있는 방법
1)평균 밀도 함수 ρ(t)와 입자 지평선 R_(t)를 찾는다.
2)질량에너지 Mc^2 과 중력적 자체 에너지U_gs 를 찾아, 관측결과와 비교한다.
3)질량에너지와 중력적 자체 에너지가 같아지는 변곡점을 찾고, 우주가 감속팽창에서 가속팽창으로 변하는 시기와 비교 검증을 한다.
4)평균 밀도 함수ρ(t)와 입자 지평선 R_(t)를 찾으면, 기존의 ΛCDM 모델과 비교 검증할 수 있는 다른 특성도 알게 될 것이다.
혹시나, 이 글을 보고 있는 사람중에,
주변에 우주의 나이에 따른 입자 지평선과 평균 밀도를 구할수 있는 분이 있다면, 본 논문을 소개해주면 좋을듯 하다. 딱, 1개만 계산해 보면 된다.
U_gs=Mc^2 이 성립할 때의 우주 나이(변곡점)
그럼, 본 모델이 가치가 있는지, 없는지 판단할 수 있기에~ 암흑에너지에 대한 아이디어인데, 1개 정도는 계산해 볼 수 있잖아~
[ 요약 ]
1) 결합된 계가 중력작용을 할때, 결합에너지의 일종인 중력 퍼텐셜 에너지의 중력작용도 들어가 있다.
따라서, 우주의 경우에도 중력 퍼텐셜 에너지를 고려해야 한다.
2) 암흑에너지는 중력적 자체 에너지 또는 총 중력 퍼텐셜에너지이다.
입자지평선이 16.7Gly일때, -M_gs = -0.39 M (입자 지평선 총질량의 0.39배) 감속팽창의 시기
입자지평선이 26.2Gly일때, -M_gs = -1.00 M 변곡점. 대략 50억~70억전으로, 표준 우주론과 비슷함.
입자지평선이 46.5Gly일때, -M_gs = -3.04 M 가속팽창의 시기
3) 인력성분 Mc^2과, 척력 성분 중력적 자체 에너지 U_gs를 비교하면, 암흑 에너지 문제가 해결된다.
#On the solution of the strong gravitational field, the solution of the Singularity problem, the origin of Dark energy and Dark matter
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