뉴턴과 아인슈타인 사이에는 페러데이와 맥스웰이란 과학자가 있었습니다. 페러데이의 전자기에 대한 발견과 정리를

맥스웰이 수학적으로 정리했죠. 또 맥스웰에 의해 전기력과 자기력이 합쳐져서 전자기력이 되었고 빛은 파동인 전자기파의

일종으로 설명되게 되었습니다. 그리고 그의 식에서 빛의 속도는 상수였죠. 변수와는 달리 상수는 불변량을 의미합니다.

하지만 아인슈타인 등장전까지 빛을 절대속도라고 가정한 사람은 없었습니다. 그리고 절대속도란 것은 매우 이해하기 힘든 현상이죠

제가 초속 10m로 이동할때 초속 20m로 움직이는 당신의 상대속도는 제 기준으로 10m/s 입니다. 빛은 물체의 운동에 상관없이

항상 약 30만km/s의 속도인데, 즉, 저를 기준으로 해도, 당신을 기준으로 해도 똑같다는 겁니다. 그러니까 운동에 의한 상대속도의

개념을 이해하고 있는 사람들에겐 빛의 절대속도는 매우 이해하기 힘든 현상인 것이죠. 그리고 관련하여 상대속도에 관한

사고실험을 있습니다. 제가 가속운동을 할 경우 관성력을 느끼게 되지만 등속운동을 할 경우 관성력을 느낄수가 없습니다.

그래서 무중력의 우주공간에 A와 B가 있고 누군지는 모르지만 한명은 정지상태라고 하고 한명은 초속 20m로 등속운동하고 있다고

하면 자신이 어떤 운동 상태인지를 A와 B는 뉴턴역학적으로는 알 수가 없습니다. 하지만 특수상대론적으로는 알 수가 있습니다.

빛이 절대속도란 것을 통해서 말이죠. 상대론은 뉴턴역학에 빛이 절대속도란 공리를 추가해서 만든 이론이라 위의 사고실험을

뉴턴역학으로 분석해보고 상대론으로 분석해보면 왜 시간이 상대적인지를 쉽게 이해할 수 있게 됩니다.

먼저 뉴턴역학으로 분석해보면 빛이 절대속도란 가정이 없기 때문에 빛의 속도는 상대속도로 계산되어져야 합니다.

따라서 A와 B의 운동은 빛을 기준으로 서로 다른 속도의 운동임이 분명해집니다. A의 속도에서 빛의 속도를 뺀것이

A가 관측하는 빛의 속도가 될 것이고 B의 속도에서 빛의 속도를 뺀것이 B가 관측하는 빛의 속도가 될테니까요.

하지만 상대론적으로 다른 설명없이 A와 B가 관측한 빛의 속도가 같기만 하다면 빛을 기준으로 A의 운동과 B의 운동이

서로 다르다는 것을 알 수가 없습니다. 이것을 아인슈타인은 대칭성을 이용해서 해결합니다. 이전에는 가변이라고 생각되었던

빛의 속도가 불변이라면 대칭성이 지켜지기 위해선 기존의 불변이라고 생각되었던 물리량중에 하나가 가변이 되어야 한다는

아이디어였죠. 그럼 왜 하필 길이수축이었을까요? 일단 질량은 저울을 통해 불변량이라고 생각할 수 있겠죠. 또 시간은 이동거리를

속도로 나눈 결과값이고 속도는 주어진 값이었죠? 따라서 이동거리가 운동상태에 의해 가변적(상대적)이게 되어야 한다는 결론이

나온겁니다. 또 그렇게 길이가 상대적이 되면 시간도 상대적일 수 밖에 없게 되는 것이죠. 즉, 빛이 상대속도이면 A와 B가 서로 다른

운동상태란 것을 뉴턴역학적으로도 알 수 있지만, 길이수축 없이 빛이 절대속도이기만 하다면 위의 사고실험에서의 등속운동의

상태에서는 그걸 구분할수가 없다는 것이죠. 하지만 길이수축으로 인한 시간의 상대성을 설명하는 특수상대론을 통해 그런 구분이

가능해지게 된겁니다. 물론 속도가 빠르면 길이수축이 더 많이 되고 시간도 상대적으로 느리게 흐르는데 빛의 경우는 길이가

0으로 수축되어 시간이 흐르지 않을 정도죠. 그런데 이런 특수상대론이 뉴턴역학에 광속불변의 원리를 추가한 이론이라면

일반상대론은 특수상대론에 관성질량=중력질량이 같다는 등가원리를 추가해 만들어진 이론입니다.

일반 상대론은 이를 통해 뉴턴역학을 대체하는 중력이론이 되었고 말이죠. 특상에서의 결론인 속도에 의한 길이수축은

가속에서도 당연히 성립합니다. 그리고 가속시에는 관성질량이란 관성력에 의한 질량증가가 발생합니다.

제가 엘레베이터 안에서 저울위에 서있을 때 만약 엘레베이터가 위로 가속해서 올라갈 경우 저울위의 제 무게(관성질량)은 증가하게

됩니다. 그리고 관성력도 느끼게 되죠. 그런데 이런 가속에의한 관성력과 중력의 차이가 무엇일까요? 다를게 없다고 아인슈타인은

결론지었습니다. 즉, 중력이 작용하는 지구 지표면위에 서있는 저는 위로 가속해서 올라가는 엘레베이터 안에 있는 것과

다를바 없는 상태란 것이죠. 결국 중력으로도 가속운동시에 발생하는 길이수축 현상이 발생해야 한다는 겁니다.

따라서 지구 질량(중력)에 의한 길이수축이 전방위적으로 발생하게 되며 그 길이수축이 중력으로 작용한다는 것이죠.

이렇게 공간을 통해 중력을 설명할 수 있게 된겁니다. 그럼 뉴턴역학에서의 만류인력과 상대론의 중력의 차이는 무엇일까요?

먼저 중력의 전달속도가 다릅니다. 뉴턴의 경우 아무리 멀리떨어져있어도 중력은 즉각 작용합니다. 만약 달이 사라지면 곧바로

그 영향이 지구에 오게 되죠. 하지만 상대론의 경우 중력의 작용속도는 빛의 속도와 같습니다. 따라서 광속으로 약 1.2초 거리의

달이 사라지면 그 중력의 영향도 1.2초 후에나 지구에 미치게 되고, 마찬가지로 달이 사라지고 나서 1.2초 뒤에나 지구에서 가시적으로

알 수 있게 되겠죠. 또 위와 관련해서 뉴턴역학의 경우 만류인력이 원격작용이었다면 상대론의 경우는 근접작용입니다.

그리고 중력이 뉴턴역학에서는 힘이었지만 상대론에서는 힘이 아니라고 설명됩니다. 질량에 의해 공간의 형태가 그럴 뿐이란

것이죠. 이처럼 뉴턴역학만 제대로 이해했다면 특상에서 일반 상대론까지 추가되는 원리를 통해서 이해하기 어렵지 않습니다.

이는 양자역학도 마찬가지고 말이죠.

변화가 불연속이면 왜 공간과 질량이 등가가 되고 질량이 상대적이게 될까요?

변화가 불연속이라는 것은 애니매이션의 캐릭처럼 매순간 정지해있으면서 불연속으로 변화하는 것처럼 보이는 경우를 떠올려봅시다.

일단 가속도를 측정하려 할때 위의 애니메이션의 예처럼 정확히 한순간의 정지된 상태일 경우 가속도를 측정할수있을까요? 없습니다.

그런데 우리 눈에는 마치 그 캐릭터가 연속으로 변화하는 것처럼 보이게 되죠.

결국 위의 설명처럼 우리 눈에는 연속으로 변화하는 것처럼 보이더라도 불연속으로 변화한다고 해보자는 겁니다.

그럼 무중력의 공간에서 질량이 서로 다른 정지된 물체에 힘을 가해서 같은 속도로 움직이게 해본다고 합시다.

그럼 두 물체엔 결국 다른 힘이 가해진겁니다. 그런데 변화가 불연속이라면 매순간 그저 같은 위치에 두 물체는 정지해있을뿐이게 되죠.

결국 초기에 두물체가 정지해있다고 했을 때의 순간과 힘을 주어 같은 속도가 되었을때의 한순간을 비교해보려고 하면 비교할 수가 있을까요?

분명 두 물체엔 정지상태일 때완 다른 힘이 가해졌기 때문에 그 다른 힘이 가해졌다는 그 증거가 필요합니다. 그게 과연 무엇일까요?

상대론의 길이 수축입니다. 그럼 그 길이가 수축되었다는 증거가 무엇일까요? 바로 두 물체의 질량의 증가가 되어야 합니다.

즉, 길이가 수축했는데 물체의 질량이 늘어야 한다는 겁니다. 즉 질량-에너지-공간의 등가원리와 e=mc^2이 이렇게 간단하게 설명된다는 것이죠.

다시 말해서 한순간의 정지 상태라 가속도를 구할 수 없을 때 그 힘의 증거가 길이수축이 되어야 하고 질량과 공간이 등가가 되어

길이 수축으로 인해 질량체의 질량이 초기 상태일 때보다 증가하게 된다는 겁니다. 정리하자면 아래와 같습니다.

물체에 에너지가 가해졌다>물체가 길이를 더 수축시킨다>그로인해 질량이 증가했다. 따라서 질량-에너지-공간의 등가원리가 성립합니다.

그럼 질량의 상대성은 어떻게 설명될까요?

이번엔 두 물체를 관측하는 관측자의 위치를 바꿔보죠. 그럼 거리에 따라 중력이 달라지게 됩니다.

거리에 따라 중력이 달라진다는 것은 즉, 길이수축이 거리에 따라 달라진다는 겁니다. 따라서 질량이 상대적이게 되죠.

그리고 제 이론에서 길이수축은 공간의 질량화입니다. 중력이 강해진다면 공간이 질량이 되고 그 반대로 중력이 약해진다면

질량이 공간화 된 것입니다.. 참 쉽죠? 저는 변화가 불연속일때 시간이 불변이고 질량이 상대적이라는 것을 총 4가지 방법으로 설명했습니다.

대우는 그저 그 중 하나일뿐이고 말이죠. 대우의 설명이 가장 쉽고 불완전성정리의 가장 쉬운 예가 되기에

대우무새가 된 것뿐이죠. 그냥 여러분이 제 이론을 반박하고 싶다면 반박하려하지 말고

그냥 변화가 불연속일 경우에 대한 논문을 써보세요. 그게 제 이론과 겹치지 않는다면 그게 새로운 이론인겁니다.

왜 특수상대론과 양자역학까지만 통합될 수 있을까?

물리학자들은 상대론과 양자역학을 합치고 싶어했습니다. 그 이유는 두가지 이론이 평행하게 존재하기 보단 하나의 이론이

다른 이론을 포함해서 설명할 수 있지 않을까와 그게 보편적이고 일반화된 설명이 가능해지기 때문이었죠.

그런 의도로 물리학자들이 연구했던 대표적인 이론이 바로 양자장론이라고 불리는 이론입니다.

저는 사실 양자장론을 전혀 모릅니다. 그런데 제가 말하고 싶은건 이 양자장론이 특수상대론과 양자역학을 수학적으로 합치는데

성공했지만 일반 상대론과 양자역학을 합치는데는 실패했다라는 겁니다. 관련해서 제가 쓴 책에도 이미 쓴 적이 있지만 다시 써보자면

상대론은 변화가 연속, 양자역학은 변화가 불연속이라는 현상적인 공리가 설정되어있기 때문에, 즉, 공리가 모순되므로

통합된 이론이 만들어질 수 없다고 했었죠. 쉽게 말해서 변화는 연속이면서 불연속이다란 공리를 쓸수는 없다는 겁니다.

그럼 여기서 생기는 의문은 바로 왜 그럼 특수 상대론과 양자역학은 합칠 수 있었던 건가?가 됩니다.

그럼 도대체 왜일까요? 바로 특수상대론은 관성계를 설명하는 이론이기 때문입니다.

즉, 관성계는 등속운동과 정지 상태를 설명하는것이고 양자역학의 불연속도 결국 관성계를 의미하죠.

따라서 합쳐질수있다는 겁니다. 그런데 사실 이건 아인슈타인이 특수상대론을 설명할 때 세웠던 가정 2가지중 하나와 관련되어있습니다.

1. 모든 관성 좌표계에서의 물리법칙은 동일하다, 2. 모든 관성계에서의 빛의 속력은 동일하다

결국 위의 가정중 바로 1번이 바로 양자역학과 특수 상대론이 통합될 수 있던 이유가 됩니다.

그런데 결국 왜 일반 상대론과 양자역학은 통합될 수 없는걸까요? 이 우주에 비관성계가 없기 때문입니다.

연속으로 운동하는 것처럼 보이는 것은 제논의 주장처럼 인간 감각의 착각이다라는 것이죠.

화살의 역설처럼 매순간 모든 물체는 정지해있고 가능한 것은 오직 허수시간동안의 기준의 변화에 따른 질량의 상대적인 변화뿐입니다.

물론 기준의 변화를 연속이 아닌 불연속으로 설정하면 이마저도 역시 관성계가 되어버리죠.

결국 양자장론의 한계는 특수상대론과 양자역학을 합치는 것까지라는 겁니다.

그리고 이를 가장 잘 설명하는 것은 제 시간대란 개념이고 말이죠.