2023-12-18-편집자 메모
2023년 2월 18일.
왜 천체물리학, 천문학, 이론물리학은 50년 동안 정체되어 왔는가?
"현재 표준 모델"은 어두운 물질과 어두운 에너지라는 두 가지 요소 덕분에 성립한다. 어두운 물질은 양의 질량을 지니며 은하와 은하단의 구속을 보장하고, 그 회전 곡선이 평탄한 형태를 띠게 하는 데 기여한다. 그러나 이는 완전히 임의적인 방식이다. 어두운 물질의 공간적 분포를 어떻게 결정하는가? 단지 그 회전 곡선을 재현할 수 있도록 조정하는 것뿐이다. 전 세계적으로 광산, 터널, 우주 공간 등에서 이를 포획하려는 노력이 수백만 달러가 투입되었고, 정상급 학술지에 수천 편의 논문이 게재되었다. 그러나 그 모든 것은 어두운 물질의 본질에 대한 추측에 불과했다. 아무런 성과 없이 끝났다. 가장 가능성 높은 후보로 여겨진 중성미노(neutralino)를 희토류 원소인 크리프톤 1kg, 10kg, 100kg, 1톤, 여러 톤에 걸쳐 포획하려는 시도도 실패했다.
중성미노는 없었고, 빵조각처럼 보이지도 않았다.
어두운 에너지는 양의 에너지와 음의 압력으로 부여되었다. 그러나 압력(스칼라)은 본질적으로 에너지의 부피 밀도이므로, 이는 모순처럼 보인다. 우주의 팽창 법칙은 아인슈타인 장 방정식의 해로부터 도출된다. 이 동역학의 '원천'은 방정식의 우변에 있다. 즉, 에너지 밀도 ρc²이다. 따라서 두 개의 항이 존재한다. 먼저 질량의 작용을 나타내는 항으로, 유명한 아인슈타인의 E = mc² 관계에 따라 이루어진다. 두 번째 항은 압력이다. 이 모든 것은 동질적이며, 단위는 줄/제곱미터이다.
이 두 번째 항은 무엇을 설명하는가? 물질 시대에는, 우주의 질량 구성 요소들의 운동 에너지 밀도를 설명한다. 상태 방정식은 다음과 같다:
방사 시대에는 광자들의 부피 에너지 밀도인 hν에 더해, 제곱미터당 광자의 수를 곱한 값이 더해진다. 또한 방사 압력이 존재하며, 다음 관계식과 동일하다. 이는 '광자 기체의 상태 방정식'과 동치이다:
아인슈타인 방정식에 따르면, 일반 상대성 이론의 기초가 되는 이론에 따라:
양의 압력은 팽창 운동의 감속을 의미한다.
반대로, 우주의 팽창 가속을 설명하기 위해서는 음의 압력을 가진 어떤 것이 존재해야 한다.
어두운 에너지와 관련된 이 압력이 부피 에너지 밀도로 간주된다면, 이는 음의 에너지 상태가 존재함을 시사한다(나타리아 드베르그의 연구 참조).
그러나 우리는 이 새로운 구성 요소의 성질이 알려지지 않았다는 점을 이용해, 마법처럼 이를 회피한다. 이 새로운 성분에 '상태 방정식'을 부여한다:
w = -1이라는 선택(근거 없음)을 통해, 부피 에너지 밀도가 양의 값(킬로그램/제곱미터³)으로 나타나게 된다. 이는 관측된 질량, 관측되지 않은 양의 질량(어두운 물질), 그리고 어두운 물질의 '물질 등가'를 포함한 우주의 구성 요소를 설명하는 원형 차트를 완성하게 한다. 이 '물질 등가'는 우주 상수 Λ와 관련된, 신비로운 반발력(진공의 에너지)을 나타낸다.
'자누스 모델'에서는 우주의 팽창 가속을 두 가지 항의 합으로 해석한다:
-
질량과 관련된 음의 에너지 밀도. 아인슈타인의 E = mc²에 따라, E와 m가 모두 음수이다.
-
동일한 입자들의 음의 운동 에너지에 관련된 음의 압력, 즉 음의 에너지 밀도로 간주된다.
이 두 해석 사이에는 근본적인 차이가 있다. 우주 상수는 이름에서 알 수 있듯이 시간에 따라 변하지 않으므로, 이는 팽창 현상에 영향을 주지 않는, 진공의 신비로운 반발력을 의미한다. 이는 일정한 에너지 밀도를 가지며, 팽창의 움직임이나 팽창으로 인한 밀도 감소에 영향을 받지 않는다. 만약 a가 '척도 인자'로, 우주의 '크기'를 나타낸다면, 어떤 물체의 밀도는 일반적으로 1/a³로 변화한다.
결과적으로, 이 음의 압력이 일정한 '진공 에너지'와 연결되어, 우주는 시간에 따라 지수 함수 형태로 팽창하게 된다.
자누스 모델에서는 물질 시대에 팽창의 역학은 주로 음의 질량으로 구성된 물질에 기인한다. 이 음의 질량은 어두운 물질과 어두운 에너지가 맡는 두 가지 역할을 모두 수행한다. 이 에너지 밀도는 1/a³로 감소한다. 따라서 우주의 미래는 달라진다. 시간이 지남에 따라 이 추진력이 사라지면, 팽창은 거의 선형으로 변하며 점근선에 수렴하게 된다.
이 두 가지 해석 방식은 비교되어야 마땅하다. 우리는 매우 체계적인 논문을 준비했으며, 먼저 2022년 11월 Physical Review D에 제출했다. 그러나 즉시 거절되었고, 심사위원에게 제출되지 않았으며, 단지 "적합하지 않음"이라는 단순한 메시지만 전달되었다. 두 번째 제출은 Astrophysical Journal로, 2023년 2월 12일에 동일한 결과를 맞이했다. 역시 심사위원에게 제출되지 않았다. 이 메시지의 내용은 논문 앞부분에 나와 있다.
사실, 지난 5년간 이 학술지들은 우리의 논문을 심사위원에게 제출하는 것을 체계적으로 거부해왔다. 이로 인해 약 10건의 거절이 발생했다.
이는 과학 출판 시스템의 근본적인 기능 장애를 나타낸다. 그러나 이 시스템은 여전히 추측을 허용한다. 두 가지 사례를 들 수 있다. Physical Review D의 경우, 프랑스의 유명 천체물리학자인 오렐리앙 바라우(Wikipedia 페이지의 풍부한 내용을 참고하시기 바랍니다: https://fr.wikipedia.org/wiki/Aur%C3%A9lien_Barrau)가 공동 저자로 참여한 논문을 예로 들 수 있다.
[Physical Review D, 2019](article Barrau)
이 논문은 무엇을 제안하는가? 어두운 물질이 '미니 블랙홀' 간의 충돌 잔재일 수 있다는 모델이다. 이 충돌은 '플랑크 시대'에 일어났으며, 즉 관측이 불가능한 가장 초기 우주의 상태에서 발생했다. 가상의 '미니 블랙홀'에 대한 제안이다. 제목을 번역하면:
- **플랑크 시대의 잔재로서의 어두운 물질, 과도한 이론적 가정 없이 **(...). *
관측 가능한 데이터와의 비교를 위한 시험 제안은 전혀 없었다. 수학자 Jean-Marie Souriau의 말을 떠올리게 한다:
- 경험 없는 물리학과 엄밀성 없는 수학.
어두운 에너지에 관해, 과학계는 Astrophysical Journal과 Astrophysical Letters에 게재된 두 편의 논문 발표 이후 큰 혼란에 빠졌다.
간단히 요약하면, 블로거의 페이지에서 그의 음성 코멘트를 들어보자.
무엇이 문제인가?
우리는 어두운 에너지의 특성이 일정한 부피 에너지 밀도를 가지며, 우주의 팽창 현상에 영향을 받지 않는다는 점을 알고 있다. 이제 이와 같은 특성을 가진 물체를 생각해보자. 이러한 에너지 밀도를 유지하려면, 알려지지 않은 물리적 메커니즘에 의해, 블랙홀이 포함하는 어두운 에너지가 시간이 지남에 따라 a³에 비례해 증가해야 한다.
이 논문은 타원 은하 중심에 위치한 '거대 블랙홀'의 질량을 연구한 결과를 보여준다. 이 연구는 이들의 질량이 a³에 비례해 증가한다는 결론을 내렸다. 어떤 메커니즘으로? 이야기는 이에 대해 말하지 않는다. 처음에는 '적축'을 통해 주변 별들을 삼켜서 증가하는 것으로 보이지 않는다. 왜냐하면 이러한 타원 은하의 별 인구는 여전히 일정하기 때문이다. 이는 어두운 에너지와 매우 흡사한 현상이다! 그러나 당신은 말할 것이다. 이 거대 블랙홀의 질량은 양의 값이다. 질량이 증가한다면, 그것은 양의 질량 증가가 아닌가?
당신은 전혀 이해하지 못했다. 뇌를 써서, 어두운 에너지와 관련된 상태 방정식을 다시 생각해보라. 거대 블랙홀 중심의 양의 에너지 증가는 음의 압력 증가를 초래한다. 이해했는가? 양의 질량이란 음의 압력과 함께 양의 어두운 에너지를 의미한다. 이미 '특이점 없는 블랙홀' 모델은 이러한 개념을 활용하고 있다.
이제 당신은 어두운 에너지가 어디에 있는지 알게 되었다: 거대 블랙홀의 중심에.
이 모든 것은 거대한 기만과 마법(로버트 케이플링, "이런 이야기들")이다.
과학에서는 어떤 것도 사전에 배제해서는 안 된다. 특히 사실에 기반한 아이디어라면 더욱 그렇다. 예를 들어, 타원 은하 중심에 위치한 초거대 물체의 질량 증가 현상은 관측 가능한 사실이다. 이는 이론가들이 반드시 고려해야 할 사항이다. 이 거대 블랙홀의 질량 증가 현상은 그 본질에 대한 통찰을 제공한다. 이미 이론가들은 블랙홀 형성에 대한 적축과 별 블랙홀의 융합 모델을 설명하는 데 어려움을 겪고 있었다. 이제 적축 현상을 버리고, 더 이상 유효하지 않은 개념을 버리자. 문제는 사실상 거의 해결된 셈이다. 그들이 등장하는 메커니즘, 마치 마술사의 모자에서 토끼가 튀어나오는 것처럼, 그들의 성장 메커니즘과 동일하다.
이것은 단지 알려지지 않은 현상일 뿐이다.
다시 우리 논문의 두 번째 심사 거절에 대해 돌아가보자. Physical Review D의 답변은 명확했다. 반면 Astrophysical Journal의 편집자는, 우주의 팽창 가속 데이터와의 일치만으로는 모델의 기초가 되지 못한다고 지적했다. 다른 것도 설명해야 한다는 것이다. 그 말을 받아들였다. 따라서 나는 논문의 제목을 수정하여 새롭게 제출하기로 결정했다. 제목은 다음과 같을 것이다:
The Janus Cosmological Model. Part I : alternative interpretation of the acceleration of the cosmic expansion.
그리고 이에 이어 두 번째 논문을 제출할 예정이다:
The Janus Cosmological Model. Part II : other successful comparisons to observational data.
이 두 논문은 동시에 제출될 것이다. 진행 상황은 계속 공유할 예정이다.
이제야 비로소 심사위원에게 제출될 수 있을까? 나는 모르겠다.
그 외에 무엇이 있는가?
2023년 1월 14일 파리에서 발표한 강연의 녹화 영상이 온라인에 공개되었다.
영상 보기
그리고 그 뒤에 이어진 60분의 질의응답 시간도 공개되었다.
질의응답 보기
이번 발표는 참가자들의 우려가 제기되면서 다소 지연되었다. 특히, 참가자들의 이름과 직업 정보가 공개되는 데 대해 우려를 표했다. 정당한 걱정이었다. 이로 인해 많은 기억이 되살아났고, 그 내용을 짧은 영상에서 다루었다:
결국, 발표자 외의 인물들이 등장하는 장면은 발표자만 보이도록 교체되었고, 소속 기관 이름은 '비프'로 대체되었으며, 강의실과 얼굴 이미지는 흐리게 처리되었다. 이러한 조치는 어디서든 악의를 보는 경향을 나타낼 수 있다. 그러나 진정 자유로운 사고를 하려면, 과학적 '이단 심문'의 어떤 제약도 없이 생각해야 한다. 나는 '오름의 이름으로'에서 세인 콘너리가 연기한 기독교 수도사 구이요모의 한 장면을 떠올린다. 수도원장(마이클 론즈데이)이 그의 방으로 들어올 때, 구이요모는 빠르게 침대 위에 놓인 천문계를 조용히 덮는다.
그 시대에는 과학적 조사 하나도 위험했으며, 교회의 교리와 모순될 위험이 있었고, 화형의 대상이 될 수 있었다. 오늘날도 마찬가지다. 다만 이단자들을 더 이상 태우지 않는다.
이단자들을 태우는 시대
'법의 학자들', '정통주의자들'은 각 분야의 '스타'이며, 그들의 행동 양식을 강요하며, 이에 어긋나면 이단으로 간주한다. 블랙홀은 존재한다. 호킹 복사도 존재한다. 어두운 물질과 어두운 에너지는 물리적 현실의 일부다. 이제는 태우지 않지만, 대신 침묵으로 몰아넣는다.
이 '선도적 학술지'들을 누가 운영하는가? 명백히 현재의 정통주의자들이다. 이들과 그 제자들, 친구들, 동료들은 이러한 권위 있는 학술지에 논문을 게재함으로써 가장 먼저 이익을 얻는다. 그들의 경력은 고급 영향력 지수(impact factor)를 가진 학술지에 게재된 논문의 인용 수에서 비롯된다. 다른 채널은 즉시 '사기적 저널(predatory journals)'로 낙인찍힌다(사실, 이는 정당한 비판이다). 이 시스템은 완벽하게 작동한다: "너는 내 논문에 공동 저자로 참여하고, 나는 네 논문에도 참여한다. 내가 네 논문을 인용하고, 넌 내 논문을 인용한다. 구글 색서의 로봇이 나머지를 처리한다." 완전히 인위적인 명성들이 하늘 높이 솟아오르고, 거품처럼 부풀어 오른다. 과학사에 어떤 흔적도 남기지 못할 사람조차도 세계적인 명성을 얻는다.
예를 들어:
구글 색서에서 "Juan Maldacena"를 검색해 보라. 즉시 다음과 같은 논문들이 등장한다: "Cool horizons for entangled black holes" (1,475회 인용), "Towards inflation in string theory" (1,474회 인용), "A bound on chaos" (1,899회 인용). 이들은 관측적 검증 없이 이론적 추측에 불과한 연구로, 프린스턴 고등연구소의 정규 교수 자리를 얻게 되었다. 이곳은 알버트 아인슈타인과 쿠르트 괴델이 생전에 근무했던 곳이다. 이 연구들은 위에서 언급한 수학자 소리외의 말을 다시 떠올리게 한다. 그러나 이 사람들은 권위를 지닌다.
맹인의 나라에서는 한쪽 눈만 보는 자가 왕이다.
지난 50년간 이론가들은 아무것도 발견하지 못했고, 아무것도 설명하지 못했으며, 실험으로 검증되거나 관측 가능한 결과를 내지 못했다. 가장 뚜렷한 예가 끈 이론이다. 예측이나 설명이 전혀 되지 못하자, 미국의 저자 브라이언 그린(1999년 출간, 전 세계적으로 베스트셀러가 된 "The Smart Universe", 번역 제목은 "아름다운 우주")은, 이 이론이 너무 무성하다는 이유를 들어, "이 이론이 무성한 이유는, 몇 세대 후에야 등장할 수 있는 것들에 기반하기 때문"이라고 주장했다.
이 말은 체르스티안 안데르센의 동화를 떠올리게 한다. 사기꾼 재봉사들이 왕에게 너무 아름다운 옷을 입히는데, 그 옷은 품위 있는 사람만 볼 수 있다고 한다. 그러나 사실 왕은 옷을 입지 않았다.
학술 논문을 전문가들이 심사하는 시스템은, 원칙적으로 심사위원의 익명성 보장으로 판단의 독립성을 보장한다. 그러나 이 시스템은 정통주의자들이 학술지들을 장악함으로써 봉쇄된다. 그들은 자신의 기준을 학문의 품질 기준으로 확립했다.
40년 전에는 파리 과학 아카데미의 '보고서'(Comptes Rendus)라는 창구가 있었다. 게재 결정은 아카데미 회원들의 판단에 맡겨져 있었다. 수학자