쌍둥이 우주, 쌍둥이 우주론

이중 우주 우주론

나선 구조에 대한 대안 이론.

...이 모델은 은하와 그 주변의 유령 물질 환경 간의 상호작용으로 인해 나선 구조가 형성된다고 보는 새로운 시각을 제시한다. 프랑소아즈 코브의 이론은 은하의 물질과 명확하지 않은 기원을 가진 차가운 수소 질량이라는 두 가지 인구 간의 상호작용에 기반한다. 참고로, 1986년에 나의 만화책 『천억 개의 태양』(Belin 출판사)에서 이미 두 인구 간의 상호작용 모델이 제안된 바 있다.

...우리는 2차원 시뮬레이션을 통해 실험을 수행했다. 참고: J.P. Petit 및 F. Landsheat, 유령 물질과 물질의 천문학, 6: 나선 구조. [ 이 사이트: 기하학적 물리학 A, 9, 1998.]

...이미지를 두 배로 늘릴 필요는 없다. 가능하다면, 은하의 나선이 어떻게 탄생하는지를 보여주는 매우 흥미로운 애니메이션을 사이트에 통합할 것이다. 우리는 두 가지 상태를 관찰할 수 있다. 먼저, 강한 동적 마찰로 인해 은하가 급격히 느려진다. 이때 나선이 매우 빠르게 형성되며, 나선 팔도 동시에 생긴다. 이후 속도 감소는 거의 무시할 수 있게 된다. 시스템은 이후 수많은 회전을 유지하며, 그 원동력은 조석 효과이다. 자세한 내용은 인용된 논문의 그림들을 참고하라. 물론, 이러한 결과는 2차원 시뮬레이션에 국한되어 있으므로 신중하게 받아들여야 한다. 그러나 우리의 계산 능력은 3차원 시뮬레이션을 수행할 수 없게 만든다. 만약 누군가가 이를 이어가려는 팀이 있다면, 우리는 필요한 모든 기술적 정보를 제공할 준비가 되어 있다.

...전통적인 시뮬레이션에서는 나선 팔의 지속성 문제를 해결하는 것이 곤란하다. 이 현상은 본질적으로 에너지의 소산을 수반한다. 은하의 구성 요소인 '별들'은 빠른 속도를 얻게 되며, 이는 나선 구조의 소멸을 초래한다. 따라서 나선 구조는 다시 새로운 차가운 가스 공급을 통해 재형성되어야 한다.

...우리의 모델에서는 유령 물질 환경이 '포텐셜 장벽' 역할을 하여 이 물체들이 탈출하는 것을 방지한다. 결과적으로 은하는 수많은 회전 동안 나선 팔을 유지할 수 있다. 그러나 이는 3차원에서의 확인이 필요하다.

...위에서 언급했듯이, 우리는 이 시뮬레이션 문제에 대해 두 명의 새로운 협력자가 함께 작업하고 있으며, 이 새로운 연구에 큰 기대를 걸고 있다 (은하의 나선 팔이 형성되는 과정을 보여주는 시퀀스는 1994년에 제작됨...). 이제 일반 개인이 접근할 수 있는 새로운 하드웨어의 계산 능력은 단순한 마이크로 컴퓨터로도 '큰 무대'에서 놀 수 있게 해준다. 실제로 이러한 시스템은 충분한 '질량 점'을 처리할 수 있어, 은하를 실제와 같이, 즉 서로 다른 특성을 가진 두 가지 '인구'로 표현하는 것이 매우 빠르게 가능해질 것이다:

• '인구 I' 또는 '헤일로 인구': 오래된 별들과 구상 성단으로 구성되며, 궤도가 적도 평면에서 상당히 벗어난다.

• '인구 II' 또는 '디스크 인구': 동적으로 젊은 별과 다양한 질량의 가스를 포함하며, 은하의 적도 평면 근처에 집중되어 있다. 이 두 번째 질량 집합체는 나선 구조가 '밀도 파동'으로 형성되는 장소이다. 이는 매우 비선형적인 현상으로, 심지어 '충격파'에 비유할 수 있다.

...반면 나선 구조 현상은 인구 I에 상대적으로 큰 영향을 주지 않으며, 인구 I는 은하 질량의 90%를 차지한다. 따라서 은하를 단일 질량 점 인구로 표현하는 것이 아니라, 두 가지 인구로 표현함으로써 천문학적 현실에 더 가까이 다가갈 수 있는 것은 매우 흥미로운 일이다.

복사 단계.

여기서 우리는 모델의 우주론적 측면으로 다시 돌아간다. 앞서 언급했듯이, 초기에 R과 R*가 t = 0 근처에서 시간에 비례해 증가하는 선형 초기 조건을 가진 해는 문제가 있다. 이러한 팽창은 초기 핵합성의 고정을 보장하기에 너무 부드럽다. 따라서 우리는 1988-1989년에 발표된 이전 연구들과 연결을 시도하게 되었으며, 이 연구들은 다음과 같이 사이트에 포함되어 있다: J.P. Petit, Mod. Phys. Lett. A3 (1988) 1527, J.P. Petit, Mod. Phys. Lett. A3 (1988) 1733, J.P. Petit, Mod. Phys. Lett. A4 (1989) 2201, 그리고 J.P. Petit: 이중 우주 우주론, 천문학 및 우주 과학 226: 273-307, 1995, 그리고 [사이트에서 확인: 기하학적 물리학 A, 2.]

...이 아이디어는 물리 상수가 에너지 밀도에 따라 달라질 수 있다는 가정에서 출발한다. 이전 연구에서는 물리 상수의 동시 변화가 가능하다는 것을 보였으며, 이는 물리학의 모든 방정식(장 방정식, 슈뢰딩거 방정식, 맥스웰 방정식 등)을 불변으로 유지한다. 우리는 이러한 모델이 복사 단계, 즉 에너지-물질이 주로 복사 형태로 존재할 때 적용될 수 있다고 제안한다.

...과거로 거슬러 올라갈수록 에너지-물질 밀도가 증가한다. rr >> rm일 때(즉, 복사 형태의 에너지-물질 밀도가 물질 형태의 밀도보다 훨씬 클 때), 다음과 같은 법칙에 도달한다:

...G는 중력 상수, m은 질량, h는 플랑크 상수, c는 빛의 속도, e는 전하이다. 두 시트에서 이 값들을 동일하게 취한다(이 선택에 대한 정당화는 생략한다).

...이 모델을 더 자세히 설명하기 전에 그 근거를 제시하자. 앞서 언급했듯이, 초기 우주의 놀라운 균일성(2.7K의 배경 복사로 나타남)은 표준적 맥락에서는 쉽게 설명되지 않는다. 따라서 기존의 빅뱅 이론에 새로운 모델인 '인플레이션'을 추가해야 했다. 프랑스어로는 이 단어가 다소 부정확하게 번역된다. 영어 단어 'inflate'는 '부풀다'라는 의미이며, 따라서 우리는 무거운 가정을 수반하더라도 초기 우주가 '매우 빠르게 팽창했다'고 가정해야 한다. 이로 인해 우주의 균일성이 설명 가능해진다. 그러나 주목할 점은, 린데의 모델에 대한 관측적 근거는 인플레이션 이론 자체가 유일하다는 것이다. 그 대가로 지불해야 할 비용은 여전히 상당하다.

...여기서 우리는 물리 상수가 물질 에너지 밀도가 특정 임계치를 넘어서면 달라질 수 있다고 가정한다. 이는 인플레이션 이론의 가정보다 더 나쁘지 않다. 그러나 그 이점은 두 가지이다:

• 초기 우주의 균일성을 설명할 수 있다.

• 시간 변수를 재정의할 수 있다.

...균일성의 경우 설명이 간단하다. 표준 모델에서 상수 c를 가정할 때, 모든 것은 사건의 지평선 ct와 입자들 사이의 평균 거리 간의 비교에 달려 있다.

...이 새로운 시각에서, 참고자료 [사이트: 기하학적 물리학 A, 3, 1998, 그림 17] 및 [기하학적 물리학 A, 6, 1998, 그림 10]를 참고하면서 이 시간 변수 t를 유지한다:

...따라서 우주의 모든 시대에 걸쳐 우주의 매질이 균일하게 유지된다. 이 차이점은 빛의 속도 c가 과거로 거슬러 올라갈수록 증가하기 때문이다. 참고자료 [사이트: 기하학적 물리학 A, 6, 1998]의 그림 5를 참조하라.

간단한 메모:

...몇 년 동안 우리는 '물리 상수를 바꾸는 놀이를 하는 미친 사람'이었다. 이 연구 주제는 프랑스에서, 특히 CNRS의 학계 내에서 전혀 진지하게 받아들여지지 않았다. 많은 이들은 '관측 결과가 수십억 년 동안 물리 상수가 크게 변하지 않았음을 보여주므로, 이 아이디어는 완전히 비현실적이다'라고 여겼다.

...이러한 태도를 이해할 수 있다. 사실, 어떤 실험이나 관측도 물리 상수의 변화를 입증하지 못했기 때문이다. 우리는 이에 동의한다. 그러나 문제 자체가 잘못 제기된 것이다. 1988년 이후 우리가 개발해온 연구에서는 항상 물리 상수의 동시 변화에 대해 논의해 왔으며, 이 변화는 특히 물리학의 방정식들을 불변으로 유지한다. 그러나 모든 실험은 이러한 방정식에 기반한다. 방정식이 불변이라면, 그 '현상'은 측정 도구가 그 현상과 함께 평행하게 변하기 때문에 감지될 수 없다.

...이 주장을 설명하기 위해 예를 들어보자. 철로 만든 자를 사용해 철로 만든 테이블의 길이를 측정한다고 상상해보자. 당신은 일정한 길이를 얻는다. 이는 테이블의 길이가 일정하다는 의미인가? 반드시 그렇지는 않다. 실험실의 주변 온도가 변할 수 있는데, 이 현상을 철로 만든 테이블의 팽창을 통해 감지할 수 없다. 왜냐하면 측정 도구인 철 자도 테이블과 함께 팽창하기 때문이다! 만약 아무것도 측정할 수 없다면, 그 의미는 무엇인가? 우리가 연구한 바에 따르면(1999년 8월 피에르 미디와 함께 국제 물리학 저널 D에 게재된 논문 "스케일 불변 우주론" 포함), 관측 가능한 양은 두 가지 성격을 가진다:

• 적색편이

• 초기 우주의 균일성 예측

...시간에 대해 이야기해보자. 우리는 앞서 좌표 선택이 임의적이라고 말했다. 좌표 변화에 대해 불변인 시간 측정을 상상할 수 있는가?

우리는 이미 그것을 알고 있다. 태양계는 완전히 물리적인 시스템이다. 우리가 나노초든 세기든 측정하든, 지구가 태양 주위를 별자리 배경에 대해 몇 번 도는지는 동일하다: 이것은 수치이다.

...이 사실을 바탕으로, 두 질량이 공통 중력 중심 주위를 공전하는 개념적 시계를 상상해보자.

...우리는 이 시스템이 주변 다른 물체들에 비해 몇 번 도는지를 시간의 정의로 삼기로 결정한다. 시계 없이 시간은 없다. 어떤 기준 현상 없이 시간은 없다. 그렇지 않으면 시간은 추상적이며 단순한 시간적 기준에 불과하다. 시간은 시계이다. 시간이 지남에 따라 시계가 빨라지거나 느려지는 것은 의미가 없다.

...이 개념적 시계를 가지고 과거로 거슬러 올라가면, 다음과 같은 질문을 던질 수 있다: "이 시스템은 과거에 몇 번 도는가?"

우리의 모델에서는 답은 무한대이다.

...따라서 이 도는 수를 시계로 삼는다면, 우주의 과거는 무한하다. 초기의 특이점은 제거된다. 참고로 이 도는

n = Log t

와 일치하며, 정확히 레비-레블롱이 좋아하는 동형 시간이다. 또 다른 주목할 점은, 이 모델이 복사 단계에서 '변하는 상수'가 되는 경우, 이 양은 바리온 당 엔트로피와도 일치한다는 것이다. 우주는 더 이상 등엔트로피적이지 않게 된다. 이는 마치 재정의된 제2법칙(표준 모델은 등엔트로피적 진화를 제공한다)과 같다.

...이 우주에 대한 시각은 '빅뱅 이전에 무엇이 있었는가'라는 질문을 피하게 해준다. '이전'이라는 부사가 과거로 거슬러 올라갈수록 점점 의미를 잃게 된다.

...우주는 우리가 눈앞에서 펼쳐지는 이야기이다. 마치 열린 책과 같다. 만약 당신이 출판사에 책을 출판하려고 가면, 출판사가 당신의 원고 두께를 묻지는 않는다. 계약을 체결할 때, 당신이 페이지 두께가 점점 얇아지는 문서를 제출한다면, 출판사는 악수를 치게 된다. 책의 '현재'라는 제목의 페이지를 열고 뒤로 넘겨보면, 점점 얇아지는 종이를 사용했기 때문에, 책의 페이지 수가 무한대라는 것을 알게 되고, 당신이 원했던 의미를 알기 위해 서문을 읽을 기회를 전혀 가지지 못하게 된다.

...또는 점점 더 작은 글자를 사용할 수도 있다.

조심스러운 출판사는 이런 불상사를 피하기 위해 저자에게 물을 것이다: "당신의 책에는 몇 글자가 포함되어 있나요?"

이 책, 즉 '우주'의 경우, 과거에 관해서는 답은 무한대이다.

...과거로 거슬러 올라가면, 단순히 무한한 미세 물리적 사건들을 세는 것이다. 따라서 이것이 우리가 '시작'에 대한 우리의 답이다. 이는 오늘날 일부 사람들이 제시하는 답들과 매우 다르다. 관련하여, 우리의 젊은 학계의 일원 티보 다무르가 과학과 생활 잡지의 '포트레이트 갤러리'에서 자신의 '빅뱅 전 이론'에 대해 말한 발언을 참고하라. 이 이론은 30년 동안 관측이나 실험의 측면에서 아무것도 제공하지 못한 이론, 즉 TOE(모든 이론), 즉 '초끈 이론'에 기반한다.

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