https://drive.google.com/file/d/1vFwEPmAuAOWSRh07EdVVOisbdd36ETd1/view?usp=sharing
위 링크 글을 먼저 읽으시면 됩니다.
이번엔 중력에 관련된 철학적 질문의 변천사에 대해서 이해해봅시다.
먼저 지구가 둥글다는 것이 밝혀지게 된 후 만류인력이란 개념이 필연적으로 필요해지게 되었죠. 왜냐하면 뉴턴 이전의 사람들은 물체는
위에서 아래로 떨어진다고 생각했는데 지구가 구형일 경우 지구의 한 부분을 위라고 가정하면 그 반대 방향인 아래의 있는 것들은 더 아래로
떨어져야 했기 때문입니다. 물론 그런 일은 발생하지 않았고 따라서 뉴턴은 일단 왜인지 모르지만 질량은 서로를 끌어당기는 힘인 만류인력이
있어야 한다고 가정할 수 있었던 겁니다. 그 이후로 빛이 절대속도란 가정으로 아인슈타인은 특수상대론을 발표했는데 그 이론은 물체의 속도에
따라 공간이 수축될 수 있다는 내용이었죠. 그럼 왜 빛이 절대속도일 경우 길이가 상대적이게 될까요? 사실 상대속도의 개념은 매우 당연한
개념이라 빛의 속도도 상대속도일 것이라 생각했었죠. 내가 10m/s로 이동하고 같은 방향으로 당신이 20m/s로 달리면 제 기준으로 당신의
상대속도는 10m/s가 되는 것처럼 당연히 빛도 마찬가지로 관측자의 운동에 따라 상대속도일 것이라 생각한 것이죠. 하지만 빛의 속도는
관측자의 속도에 상관없이 약 30만km/s 로 절대적이었던 겁니다. 가변적일 줄 알았던 빛의 속도가 불변이란 것이었죠.
아인슈타인은 일단 광속이 왜 절대인지는 모르지만 기존의 어떤 현상적 결과값에 대칭성을 맞추기 위해서는 기존에 가변이라 생각했던
광속이 불변이기 때문에 기존에 불변이라 생각했던 것중에 하나를 가변으로 바꾸어야 대칭성이 맞는다고 결론을 내린 겁니다.
즉, 그렇게 길이를 불변량에서 가변적으로 바꾸어 대칭성을 맞추었죠. 그럼 왜 길이수축이 되어야 하는지에 대한 설명은 이제 이해가 될 겁니다.
그리고 일반 상대론을 통해서 아인슈타인은 뉴턴의 만류인력을 대체하는 설명을 하게 되었는데 그 과정은 다음과 같습니다.
특수상대론의 결론대로라면 가속에 의해서도 길이가 수축되기 때문에 지구의 만류인력으로 인해 인간이 느끼는 힘과 가속에 의한 관성력이
서로 구별이 되지 않는다는 등가원리를 통해서 결국 질량에 의해서도 길이수축 현상이 발생하게 된다는 것을 통해 중력을 설명하게 된 것입니다.
즉, 질량체는 주위 공간을 수축시킨다는 것이죠. 그럼 이제 중력의 작용이란 공간의 수축으로 인한것이 되게 되는 겁니다.
(본문에서는 생략되지만 만류인력은 힘이라 설명되었지만 중력은 힘이 아니라고 설명됩니다.)
일단 여기까지 정리하자면 질량체는 왜인지는 모르지만 길이를 수축시킨다는 것을 이해하게 되었을 겁니다. 그럼 이제 생각할 부분이 또 뭐가
있을까요? 다시 말해서 어떤 질문이 남았을까요? 왜 질량체가 길이수축을 시키는가란 의문이 남은 걸까요? 사실 그것도 맞긴 하지만
지금까지의 단서로는 그 질문이 해결될 방법이 없습니다. 그러니 저런 질문은 무의미하다는 것이죠. 그럼 다음과 같은 질문은 어떨까요?
'왜 물체와 멀어질수록 중력이 약해지고 가까워지면 강해지는가?' 이 질문은 그저 당연한 걸까요? 그렇지 않습니다.
과학의 발전은 당연하다고 생각했던 것들을 의심하면서 발전해왔기 때문입니다. 즉, 이제 중력과 관련해서 풀어야할 다음의 질문은
바로 저 질문이 되어야 한다는 것이죠. 그런데 중력은 아인슈타인 이후로 중력장이라는 개념으로 발전하게 되었습니다.
그리고 자연계의 4가지 힘도 모두 그 힘이 작용하는 장이라는 개념이 생기게 되었죠. 그럼 이를 통해서 왜 중력장과 같은 장들은 거리에 따라
힘의 세기가 달라지는가로 질문을 바꿀 수 있게 됩니다. 그런데 그러한 질문은 사실 현재의 물리학계에서 설명하는 법칙이나 전제들로는 설명이
불가능합니다. 물리학자들은 (시)공간이 왜 존재하고 어떻게 만들어지게 되는지 모르기 때문입니다. 왜냐면 어떤 공리가 정해질 경우 그 공리로
유도되는 결론들은 그 공리가 허용하는 범위내에서만 존재하기 때문입니다. 이번에 펜로즈가 노벨상을 받았는데 이를 두고 상대론으로 받는 마지막
노벨상이라는 말이 나오는 것도 그와 관련되죠. 공리가 이론의 한계도 정해지게 만들기 때문에 상대론만으로는 이제 더이상 밝혀낼 것이 거의 없다는
겁니다. 이를테면 상대론은 레드오션이란 겁니다. 그런데 저는 관련해서 왜 거리에 따라 중력이 강약이 달라지는 지를 설명했습니다.
미시나 거시의 구분없이 질량체나 입자의 변화가 운동량이 없는 불연속이라는 전제를 통해서 말이죠. 앞서 설명했듯이 기존에 가변인줄 알았던 것이
불변이라면 기존의 불변이라 가정된 것이 가변으로 바뀌어야 한다는 대칭성을 통해서 저는 질량의 상대성과 질량=에너지=공간 의 등가원리를
설명한 겁니다. 변화가 불연속일 경우 시간이 불변이 되어야 하고 그로 인해 기존에 불변이라고 생각되었던 질량이 가변이 되어야 한다는 것이죠.
즉, 기준에 따라 질량이 가변적이되고 에너지보존이 지켜져야 하기 때문에 질량이 줄면 그 줄어든 만큼의 질량이 공간화가 되어야 하고 질량이
늘어나면 그 늘어난 만큼의 공간이 질량화가 되게 된다는 것이죠. 이를 알기 쉽게 예를 들어보자면 저에게서 5m 떨어진 당신의 질량이 저를 기준으로
50kg 이라고 한다면 제가 더 가까이 당신에게 갈수록 당신의 질량이 50kg을 초과하게 된다고 해봅시다(당신 기준으로 당신의 질량은 총80kg라고
해보죠). 그럼 저와 당신이 동시에 존재하게 되는 순간이 있다고 가정할 경우, 5m 떨어졌을 때는 당신의 질량이 제 기준으로 50kg지만 제가 더 가까이
갈 경우 50kg을 초과하게 되니 공간의 질량화가 더 빠르게 이루어져야 합니다. 제가 가까이 갈수록 공간의 질량화 속도가 더 빨라져야 한다는 것이죠.
즉, 중력가속도의 증가를 의미합니다. 결국 반대로 제가 다시 멀어지게 되면 중력가속도가 감소하게 되겠죠. 이런 제 설명은 결국 중력장이라는
개념을 매우 간단히 설명하며 거리에 따라 중력의 강약이 변하는 이유와 질량체가 중력이란 현상을 만드는 이유, 그리고 인력뿐만아니라 척력까지
설명 가능한 중력을 설명할 수 있게 되죠. 물론 빛이 절대속도인 이유도 변화가 불연속이기 때문에 당연한 설명이 되고요.
결국 이론이란 공리를 통해서 만들어지는 겁니다. 그리고 이론의 한계도 공리때문에 생기게 되는 것이고 말이죠. 결국 설명할 수 없는 현상을 해결하기
위해서는 공리를 추가하거나 바꿔야 하며 그 공리에 맞는 추론적 사고를 통해서 이론을 완성시킬수가 있는겁니다. 저는 변화가 불연속일지도 모른다는
의심을 하게 되었고, 왜 거리에 따라 중력의 강약이 달라지는가에 대해서 의문을 가지게 되었기 때문에 위와 같은 생각을 할 수 있게 된 것이죠.
결국 좋은 질문이란 바로 내가 모르는 부분이 어딘지를 정확히 판단하는 것입니다.
* 본인이 생각을 아래의 보기에서 한번 골라봅시다(만약 자신의 생각이 학계에 없는 것이라면 관련해서 논문을 써보세요.).
1. 입자와 질량체의 변화는 연속인가 불연속인가?
① 미시(입자)는 불연속이고 거시는 연속이다.
② 미시와 거시 둘 다 연속이다.
③ 미시와 거시 둘 다 불연속이다.
④ 미시는 연속, 거시는 불연속이다.
⑤ 미시와 거시는 연속일 때도 있고 불연속일 때도 있다.
2. 빛이 절대속도라면 그 이유는 무엇일까?
① 자연이 그냥 그런거니 알 수 없거나 알 필요없다.
② 변화가 연속이라도 빛은 절대속도 일 수 있다(그렇다면 당신은 그 이유를 설명할 수 있는가?)
③ 모든 입자와 질량체의 변화가 불연속이라면 빛은 절대속도이다.
④ 광속이 절대속도가 아니라고 생각한다. 또는 상대속도라고 생각한다.
⑤ 광속은 때에 따라 절대속도 일수도 상대속도 일수도 있다고 생각한다.
⑥ 변화의 연속, 불연속과 빛의 절대속도는 상관이 없다.
3. 상대론은 '질량이 절대적일 때 시간이 상대적이다.'라는 명제가 존재하는 이론입니다.
그럼 그 대우도 참이며 '시간이 절대적일 경우 질량이 상대적이다.'란 명제도 참이 됩니다.
그럼 시간이 절대적이게 되려면 어떻게 되어야 할까요?(복수선택 가능)
① 변화가 연속이어야 한다.
② 변화가 불연속이어야 한다.
③ 변화가 어떻든 시간의 절대성과는 상관이 없다.
④ 확실한 건 결국 질문의 두 명제 중 하나만 맞고 상대론의 명제만 맞을 것 같다.
⑤ 확실한 건 결국 질문의 두 명제 중 하나만 맞고 두번째 명제만 맞을 것 같다.
⑥ 두 명제 모두 이론적으로 맞지만 하나만 현상적으로 옳다.
4. 상대론과 양자역학은 각각 옳은 이론이라 생각하는가? 아니면 어느 한쪽이 다른 이론을 설명할 수 있는 이론이라 생각하는가?
① 상대론이 양자역학을 포함할 것이라 본다.
② 양자역학이 상대론을 포함할 것이라 본다.
③ 둘 다 틀렸고 제 3의 이론이 있을거라 본다.
④ 거시는 상대론 미시는 양자역학으로 각각 옳다.
5. 3번의 질문이 틀렸다면 현재의 물리학은 질량과 시간의 관계에 대해서 어떻게 설명하는가?
① 질량도 시간도 모두 절대적이다.
② 질량도 시간도 모두 상대적이다.
③ 질량은 절대적 시간은 상대적이다.
④ 질량은 상대적 시간은 절대적이다.
⑤ 질량과 시간은 딱히 관계가 없다.
6. 뉴턴의 이론은 상대론이 나온 후에도 여전히 이론적으로 옳은가?
① 이론적으로 틀렸다.
② 이론적으로는 여전히 옳지만 현상적으로는 틀렸다.
③ 이론적으로 좀 더 보완할 필요가 있을 뿐 여전히 옳다.
④ 이론적으로도 현상적으로도 틀렸다.
겉핥기