일단 자연상수에 대한 개념을 쉽게 이해할수있도록 유명한 설명인 복리이자와 관련된 설명으로 시작해볼게요.
천원을 은행에 맡겨두면 1년 뒤 천원을 더해져서 2천원이 된다고 해보죠. 이자율이 100%란거죠.
그럼 그 1년 뒤엔 복리 이자일 경우 돈은 4천원이 되겠죠. 근데 이자 지급을 6개월에 한번씩 받기로 한다면
천원을 예금했을때 1년뒤 받을 돈은 이자를 1년에 한번 받을때보다 250원이 늘어난 2250원이 됩니다.
즉, 복리이자일 경우 기간동안 이자를 많이 받으면 받을수록 나중에 받게될 금액이 커지는데
그와 관련된 관계식이 아래와 같아요.
즉, 금액이 무한히 커지는건 아니라는거죠. 자 이제 아래의 그림을 보시죠.
질량=공간=에너지의 등가원리가 성립할 경우 위와 같이 에너지가 1인 길이(거리)가 저렇게 있다고 생각할수 있게됩니다.
그림상으론 서로 다른 위치의 1차원적 점이 그 위에서 무한개 존재할수있는 2차원 선이라고 생각해보시면 됩니다.
사실 저 그림에서는 선으로 표현했지만 선이 없이, 단지 그림상의 점입자가 연속적으로 존재할수있는 공간이라 상상하는것이
더 정확한 설명이겠지만 말이죠. 이것까지 이해되었다면 설명을 시작할게요. 에너지가 1인 입자가 저 선의 처음에서 존재했고
불연속으로 변위하여 저 선의 끝에서 존재하게 되었을 때 그 상태에서의 그 계의 에너지의 총합은 2가 됩니다.
입자의 자체 에너지와 에너지가 1인 공간이 있으니까요. 즉, 복리이자에서의 설명과 같은 설명인겁니다.
그럼 입자가 선의 중간에서 한번 끝에서 한번 존재했다고 하면 그 총에너지는 2.25가 됩니다.
간단하게 말해서 에너지가 1인 입자가 불연속으로 한번 존재한 것과 두번 존재한 것이 같은 에너지를 가졌다고 할수는 없기
때문이죠. 아직 직관적으로 잘 이해가 안되실겁니다. 왜냐면 제가 엔트로피와 관련해서 설명을 안했기 때문이죠.
그리고 이제부터는 좀 어려우니 집중해보시길 바랍니다. 시간이 변하면 엔트로피가 증가합니다.
시간이 변하지 않는다면 그럼 엔트로피가 증가할까요? 다시말해서 시간이 상대적으로 흐르지 않는 빛의 엔트로피는
증가할까요? 증가하지 않습니다. 하지만 불연속으로 존재하는 질량체들은 엔트로피가 증가합니다.
그러니까 그림상에서 항상 처음과 끝에서 한번 존재하는 것이 빛이고 따라서 빛의 시간이 흐르지 않습니다.
양자역학적이던 상대론적이던 빛의 시간은 흐르지 않는다는 겁니다.
하지만 그 외의 질량체들은 그 사이에 적어도 한번은 존재하게 되기 때문에 시간이 상대론적으로 해석할 경우 흐른게 되죠.
쉽게 말해서 더 많이 존재할수록 시간이 더빠르게 흐르고 존재하지 않을수록 시간이 느리가 흐른다는겁니다.
그런데 에너지는 항상 보존되어야 합니다. 그런데 앞서 제 설명에서는 2에서 2.25로 계의 에너지가 증가했어요.
그럼 이 문제를 어떻게 해결해야 할까요? 저는 이것을 시간대란 개념으로 에너지 보존을 완벽하게 지키는 설명을 했죠.
이전 계에서 존재했던 물체가 그 에너지의 총합을 가지고, 더 큰 에너지를 가진 계(시간대)에서 새롭게 존재하게 된다는 설명이었죠.
그래야 이전 계에 존재했던 물체의 에너지가 완벽히 보존됨과 동시에 이전과는 다른 변화가 실재현상으로 존재할수있기 때문입니다.
지금 까지의 내용을 가장 쉽게 설명해드리자면 어떤 변화가 있을 때 그 사이의 과정을 사진으로 찍는다고 해보죠.
그런데 사진 한장 한장은 각각의 공간(계)값을 가지고 있어요. 많이 찍으면 많이 찍을수록 각각의 계의 값은 늘어나죠.
즉, 사진을 많이 찍을수록 공간이 늘어난다는 겁니다. 그리고 각각의 공간은 에너지를 가지고 있고 말이죠.
즉 시간이 지날수록 이전보다 공간은 항상 늘어나게 되어있다는 겁니다. 그 변화에서 물체 자체의 에너지 보존은
지켜져야 하면서 동시에 각각의 계(시간대)도 에너지를 가지고 있기 때문에 계가 변화하면,
즉, 시간대가 변하면 우주의 에너지가 증가하는 것처럼 보인다는거죠. 물론 에너지는 항상 불변이지만요.
이것을 직관적으로 설명하자면 우주의 엔트로피가 증가할수록 이전 공간보다 더 큰 우주 공간이 필요하게 된다는겁니다.
왜냐하면 물질이 질량의 상태인것보다 에너지(공간)의 상태인 것이 더 넓은 공간을 필요로 하기 때문입니다.
그런데 이런 설명은 변화가 불연속이고 시간대란 개념이 있어야만 가능한 설명이에요.
변화가 연속일 경우 빛의 절대속도는 매우 이상한 현상입니다.
보통의 사람들은 이상한 일이 발생하면 왜 그런 일이 발생했는지 궁금해하죠. 하지만 보통의 사람들은 당연한 것처럼 보이는 일에는
호기심을 갖지 않습니다. 하지만 과학자로 이름을 남긴 인물들은 보통의 사람들이 관심을 가지지 않고 당연하게 여기는 부분에까지
호기심을 가졌던 경우가 많았습니다. 호기심이란 결국 왜를 묻는 행위이죠. 그런데 그 현상에 대해서 설명할 책임을 가지고 있는
물리학자들은 왜 빛이 절대속도인지조차 생각하려 하지 않았습니다. 자연이 그러하니 왜 그런지 생각할 필요가 없다는 견해도
있고 말이죠. 그러나 옳은 자세란 자연(현상)이 그러하다면 받아들이기 싫어도 받아들여야 하는 것이지 왜인지 궁금해 할 필요가 없다는 것은
아닐겁니다. 그리고 결국 빛이 절대속도인 이유는 미시나 거시의 구분이 따로 필요없이 입자나 질량체의 변화가 불연속이기 때문입니다.
일단 속도에는 상대속도와 절대속도가 있습니다. 광속이 절대속도라는 것이 밝혀지기 전까지 광속도 상대속도를 가지는 것으로 생각되었죠.
사실 광속이 상대속도여야 한다는 것은 매우 당연한 생각일 수 있습니다. 제 속도가 10m/s이고 당신의 속도가 20m/s라면 제 기준으로 당신의
상대속도는 10m/s인게 당연하듯이 말이죠. 하지만 빛의 속도는 당신에게나 저에게나 똑같습니다. 심지어 당신의 속도가 29만km/s라고 해도
당신이 관측한 빛의 속도는, 10m/s로 이동하는 제가 관측한 빛의 속도와 같다는 거죠. 그런데 이런 빛의 절대속도가 정말 이상한 현상일까요?
사실 그렇지가 않습니다. 빛의 절대속도가 이상하다고 느끼는 이유는 변화가 연속이어야 한다는 인간의 고정관념 때문입니다.
즉, 빛의 절대속도가 이상한게 아니라 인간의 변화가 연속이어야 한다는 그 고정관념이 이상한겁니다.
변화가 불연속이면 빛의 절대속도는 매우 당연한 현상이 되고 말이죠.
예를 들어 어떤 물체가 120분의 1초당 1cm씩 불연속 변위할 때 그와 동시에 다른 물체가 2cm씩 불연속 변위한다고 해보죠.
변화가 불연속인 것을 느끼지 못할 경우 인간이 보기엔 마치 두 물체의 속도가 다른 것처럼 보일 겁니다.
하지만 매 순간 두 물체는 정지해 있을 뿐입니다. 실질적인 예로는 디지털 영상이 있습니다. 또 디지털 게임의 캐릭터들을 변위를 생각해보세요.
결국 변화가 연속일 경우 빛의 절대속도는 매우 이해하기 힘든 현상이 되지만 변화가 불연속일 경우 빛의 절대속도가 매우 자연스러운 현상이 된다면
변화가 불연속인 것이 현상적으로 옳다는 것이죠. 결국 양자역학을 물리학자들이 이해하지 못하는 것은 광속이 왜 절대속도인지를 이해하지 못했기
때문입니다. 마지막으로 다시 반복하자면 옳은 자세란 자연(현상)이 그러하다면 받아들이기 싫어도 받아들여야 하는 것이지 왜인지 궁금해 할 필요가
없는게 아닙니다.
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