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- 현대물리학의 새로운 패러다임 -

바탕질 물리학  ····®

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1. 고전물리학과 현대물리학의 차별성

강단의 물리학자들은 현대물리학의 상대성이론과 양자역학이 고전물리학으로부터 계승 발전되었다는 인식을 가지고 있다. 이러한 인식은 현대물리학이 고전물리학의 진화과정에 의해 출현되고, 현대물리학의 근원적 기반이 고전물리학에서 시작되었다는 것을 의미한다.

그러나 현대물리학이 고전물리학으로부터 계승되었다는 강단 물리학자들의 일반적 인식은 대단히 잘못된 오해와 착각이다. 왜냐하면 현대물리학의 상대성이론과 양자역학이 고전물리학의 새로운 패러다임으로 등장하였기 때문이다.

현대물리학이 고전물리학의 새로운 패러다임으로 등장하였다는 것은, 고전물리학과 현대물리학의 완벽한 단절이나 결별을 의미한다. 즉 현대물리학과 고전물리학은 전혀 다른 존립기반을 갖는다.

모든 물리현상의 변위는 반드시 좌표계로 표현되어야 한다. 그러므로 모든 물리현상의 표현과정에서 좌표계의 올바른 설정은 최우선적으로 중요하다. 고전물리학과 현대물리학의 기반은 좌표계를 설정하는 조건이 전혀 다르고, 고전물리학과 현대물리학의 경계는 좌표계를 설정하는 조건에 의해 차별된다.

고전물리학의 기본개념에서는 우주공간이 절대적 좌표계를 갖고, 현대물리학의 기본개념에서는 운동 관측자와 운동 물체가 상대적 좌표계를 개별적으로 갖는다. 즉 고전물리학에서는 모든 물리현상의 변위효과를 우주공간 중심의 절대적 좌표계로 표현하고, 현대물리학에서는 모든 물리현상의 변위효과를 관측자 중심의 상대적 좌표계로 표현한다.

고전물리학은 우주공간에 대해 절대적 좌표계를 설정하였으나, 현대물리학의 상대성이론은 관측자 자신에게 상대적 좌표계를 설정하였다. 즉 현대물리학의 상대적 좌표계는 관측자 자신이 갖는다. 왜냐하면 상대성이론의 모든 주장이 관측자 중심의 논리로 구성되었기 때문이다.

오늘날의 현대물리학이 그동안 발전적으로 진화하는 과정에서, 이들의 물리적 세계관은 우주공간의 좌표계를 설정하는 조건에 의해 결정되었다. 즉 현대물리학의 물리적 세계관과 상대적 좌표계의 선택은 동일한 궤적의 역사를 갖는다.

물리적 세계관의 진화는 좌표계의 설정조건이 변화되는 것을 의미하고, 좌표계의 설정조건이 변화되는 과정에 의해 물리적 세계관도 진화한다. 만약 우주공간의 좌표계를 비정상적으로 설정할 경우, 물리적 세계관이 변칙적으로 진화될 수밖에 없다.

인류가 출현한 이후부터 원시의 고대까지는, 피상적으로 관찰된 우주의 자연현상을 있는 그대로 받아들였다. 여기에서는 우주의 자연현상을 모든 가치관의 좌표적 기준으로 삼았다. 즉 원시의 고대인은 자연현상이 발현된 우주공간에 대해 절대적 좌표계를 묵시적으로 설정하고, 이 우주공간의 절대적 좌표계를 통하여 고대인의 철학적 세계관이 형성되었다.

예수가 탄생한 이후부터 유럽의 중세까지는 우주의 모든 자연현상을 오직 하느님의 창조적 산물로 단정하고, 이 하느님의 존재를 모든 가치관의 좌표적 기준으로 삼았다. 그러므로 예수가 탄생한 이후부터 유럽의 중세까지는 하느님 중심의 절대적 좌표계를 묵시적으로 선택하고, 이 하느님의 절대적 좌표계를 통하여 종교적 세계관이 형성되었다.

중세의 시대까지 유지되었던 하느님 중심의 종교적 세계관은 고전물리학의 새로운 출현으로 퇴장하였다. 여기에서 고전물리학은 우주공간의 절대적 좌표계를 설정하고, 이 우주공간의 절대적 좌표계를 통하여 고전물리학의 세계관이 형성되었다. 이러한 고전물리학의 세계관에서는 우주공간이 하나의 절대적 좌표계를 갖고, 모든 물리현상의 변위효과가 절대적 가치로 표현된다.

고전물리학의 이후부터는 고전물리학의 새로운 대안으로 현대물리학의 상대성이론이 출현하였다. 또한 현대물리학의 상대성이론에서는 관측자 중심의 상대적 좌표계를 도입하고, 이 관측자 중심의 상대적 좌표계를 통하여 현대물리학의 세계관이 형성되었다. 그러므로 현대물리학의 세계관에서는 운동 관측자가 관측자 중심의 좌표계를 갖고, 모든 물리현상의 변위효과가 상대적 가치로 표현된다.

이상의 설명처럼 우주공간의 좌표계를 설정하는 조건에 의해 물리적 세계관이 결정되고, 이 물리적 세계관은 당시의 과학적 사조이나 철학적 사조의 흐름을 반영하였다. 즉 물리적 세계관과 좌표계의 설정조건은 동일한 궤적의 역사적 진화과정을 갖는다.

원시적 고대와 고전물리학은 우주공간에 대해 절대적 좌표계가 설정되는 유사성을 갖는다. 또한 원시적 고대와 고전물리학에서 선택한 우주공간의 절대적 좌표계는, 외부적 간섭의 영향을 받지 않도록 항상 본래의 위상이 불변적으로 유지된다.

다른 한편으로 유럽 중세까지의 종교적 시대는 하느님 중심의 좌표계를 설정하고, 오늘날의 현대물리학은 관측자 중심의 상대적 좌표계를 설정하였다. 여기에서 하느님 중심의 좌표계와 관측자 중심의 상대적 좌표계는, 반드시 표현주체의 하느님이나 관측자를 추종적으로 따라다녀야 된다. 즉 표현주체의 하느님이나 관측자가 고유의 좌표계를 독립적으로 갖는다.

하느님 중심의 좌표계를 설정하거나, 관측자 중심의 상대적 좌표계를 설정하는 것은, 작위적 의미의 성격이 매우 강하다. 그러므로 작위적 성격이 강한 하느님 중심의 좌표계와 관측자 중심의 상대적 좌표계는 비정상적 논리로 설정되었을 개연성을 충분히 갖는다. 즉 하느님 중심의 좌표계와 관측자 중심의 상대적 좌표계는 외부적 간섭의 영향을 받을 수 있고, 본래의 위상이 불변적으로 유지될 수 없다.

고전물리학의 절대적 좌표계와 현대물리학의 상대적 좌표계는 설정조건이 전혀 다르고, 물리현상에 대한 표현의 수단도 전혀 다르다. 즉 고전물리학의 절대적 좌표계와 현대물리학의 상대적 좌표계는 전혀 다른 존립기반을 갖는다. 이러한 논리는 고전물리학의 계승적 발전에 의해 현대물리학이 출현되지 않았다는 것을 의미한다.

우주공간의 절대적 좌표계를 전제한 고전물리학과 우주공간의 상대적 좌표계를 전제한 현대물리학에서는, 물리현상의 정량적 효과가 전혀 다른 가치로 표현된다. 또한 우주공간의 물질적 요소(에테르)를 인정한 고전물리학과 물질적 공허의 공간모형을 선택한 현대물리학에서는, 물리현상의 정성적 효과가 전혀 다른 작용원리로 해석된다.

고전물리학의 절대적 좌표계와 현대물리학의 상대적 좌표계가 전혀 다른 조건으로 설정되는 것은, 고전물리학의 계승적 발전에 의해 현대물리학이 탄생되지 않고, 고전물리학의 물리적 세계관과 현대물리학의 물리적 세계관이 인과적으로 연계되지 않았다는 것을 의미한다. 즉 현대물리학이 고전물리학을 대체하기 위한 새로운 패러다임으로 등장하였다. 이와 같이 고전물리학의 새로운 패러다임으로 등장한 현대물리학은, 고전물리학의 물리적 세계관에 대해 계승적 연관성을 가질 수 없다.

현대물리학의 상대적 좌표개념은 논리적 모순의 결함을 갖는다. 이러한 주장은 상대적 좌표개념의 형성과정에서 아직도 밝혀지지 않은 미지의 논리적 오류가 개입되었다는 것을 암시한다. 즉 현대물리학의 상대적 좌표개념은 비정상의 전제조건에 의해 변칙적 논리로 형성되었다는 의심을 포기할 수 없다.

고전물리학의 절대적 좌표개념과 현대물리학의 상대적 좌표개념은 성립조건이나 표현의 형태가 전혀 다르다. 하나의 예로 고전물리학에서는 물체의 운동효과가 우주공간의 절대적 좌표계를 사용하여 절대적 가치로 표현된다. 그러나 현대물리학에서는 물체의 운동효과가 관측자 중심의 상대적 좌표계를 사용하여 상대적 가치로 표현된다.

아인슈타인의 상대성이론에서 유도한 좌표변환식의 로렌츠인수 는 소립자(물체)의 운동효과를 관측자 중심의 상대적 가치로 표현한다. 그러므로 로렌츠인수 의 적용과정에서 표현주체의 관측자가 반드시 정지 좌표계를 갖고, 표현대상의 물체가 변위 좌표계를 가져야 한다. 이와 같이 표현주체의 관측자가 정지 좌표계를 갖는 것은, 이 표현주체의 관측자가 좌표계의 중심적 위치(좌표축의 0점)에서 정지상황으로 존재하는 것을 의미한다.

좌표변환식의 로렌츠인수 는 피관측 물체(표현대상)의 운동효과를 관측자 중심의 상대적 가치로 표현하는 관측자 중심의 논리로 구성되었다. 왜냐하면 로렌츠인수 의 유도과정에서 관측자에게 정지 좌표계를 설정하고, 표현대상의 운동 물체에 대해 변위 좌표계를 설정하였기 때문이다.

고전물리학의 좌표개념과 현대물리학의 좌표개념은 전혀 다른 조건의 논리로 구성되었으나, 강단 물리학자들의 일반적 인식에서는 그동안 절대적 좌표개념과 상대적 좌표개념의 차별성을 간과하였다. 즉 강단의 물리학자들은 현대물리학의 좌표개념에 대해 고전물리학의 좌표개념이 포함(수용)되는 것으로 인식하였다.

강단 물리학자들의 일반적 인식처럼 그동안 고전물리학과 현대물리학의 차별성이 간과된 원인은, 고전물리학과 현대물리학의 구조적 특성을 혼동하고, 고전물리학과 현대물리학의 유효적 장점만을 편의적으로 선택하여 기회적으로 활용한 강단 물리학자들의 이중적 사고 때문이다.

고전물리학은 물리현상의 변위량을 우주공간의 절대적 좌표계에 대해 절대적 가치로 표현한다. 그러나 현대물리학의 상대성이론은 불분명한 의미의 상대적 좌표계를 도입하고, 불분명한 의미의 상대적 좌표계를 변칙적으로 활용하였다. 여기에서 우주공간의 절대적 좌표계가 전제된 고전물리학과 상대적 좌표계가 전제된 현대물리학은, 물리현상의 변위량을 전혀 다른 가치로 표현한다.

다른 한편으로 고전물리학은 광속도의 한계성과 시간의 의미를 반영하지 않아서, 물리현상의 변위효과가 세밀하게 표현되지 않는 결점을 갖는다. 그러나 현대물리학의 상대성이론은 광속도의 한계성과 시간의 의미를 반영하여서, 물리현상의 변위효과가 엄밀하게 표현되는 장점을 갖는다. 또한 고전물리학과 현대물리학에서는 물리현상의 본성이나 작용원리가 전혀 다른 논리로 해석된다.

현대물리학은 고전물리학을 대체하기 위한 새로운 패러다임으로 등장하였다. 여기에서 고전물리학과 현대물리학은 전혀 다른 조건의 좌표계를 선택하였다. 그러므로 고전물리학과 현대물리학에서는 동일한 대상의 물리량이 전혀 다른 가치로 표현된다. 이러한 고전물리학과 현대물리학의 특징적 차이를 고려할 경우, 고전물리학의 기본개념과 현대물리학의 기본개념은 계승적 연관성을 갖지 않는 것으로 이해되어야 한다.

필자의 주장처럼 현대물리학의 기본개념과 고전물리학의 기본개념이 계승적 연관성을 갖지 않는 것은, 고전물리학의 존립기반과 현대물리학의 존립기반이 전혀 다르다는 것을 의미한다. 여기에서 고전물리학의 존립기반과 현대물리학의 존립기반이 전혀 다른 상황은, 고전물리학의 좌표개념과 현대물리학의 좌표개념이 형성되는 과정의 비교를 통하여 편리하게 이해될 수 있다.

현대물리학에서 제시한 관측자 중심의 상대적 좌표계는, 비정상적 조건의 논리로 설정되었다. 즉 현대물리학의 상대성이론은 운동 관측자가 고유의 관성계를 갖는 것으로 추정하고, 이 운동 관측자에 대해 관측자 중심의 상대적 좌표계를 설정하였다. 그러므로 운동 관측자는 정지 좌표계를 독립적으로 갖는다.

그러나 운동 관측자는 공간적 부피가 없는 하나의 질점으로 정의되고, 질점의 운동 관측자는 고유의 관성계를 독립적으로 가질 수 없다. 또한 질점의 운동 관측자는 우주공간의 공간계를 투과적으로 관통한다. 이와 같이 우주공간의 공간계를 투과적으로 관통한 질점의 운동 관측자에게는 고유의 좌표계가 독립적으로 설정될 수 없다.

상대성이론의 성립과정에서는 관성계와 좌표계가 반드시 동일한 위상으로 일치되는 것을 전제한다. 만약 관성계와 좌표계가 동일한 위상으로 일치할 경우, 운동 기차의 관성계(체적)는 기차의 외부로 연장(확대)된 우주규모의 좌표계를 가질 수 없다. 즉 기차의 관성계(체적)가 기차의 외부로 연장(확대)되지 않고, 기차의 관성계가 연장되지 않은 기차의 외부에서 운동 기차의 좌표계를 임의로 설정할 수 없다.

질점의 운동 관측자에 대해 설정한 관측자 중심의 상대적 좌표계와, 운동 기차의 외부로 연장된 우주규모의 좌표계는 허구적 위상이다. 왜냐하면 질점의 운동 관측자에 대해 설정한 상대적 좌표계와 기차의 외부로 연장(확대)된 우주규모의 좌표계가 관성계의 기반을 가질 수 없기 때문이다. 이와 같이 관성계의 기반을 갖지 않는 허상의 상대적 좌표계는 폐기되어야 한다.

현대물리학의 좌표개념처럼 질점의 운동 관측자에게 관측자 중심의 상대적 좌표계를 설정할 경우, 이 관측자 중심의 상대적 좌표계는 우주적 질서의 객관성을 가질 수 없다. 그러므로 질점의 운동 관측자에게 정지 좌표계를 설정하는 조건의 상대적 좌표개념은 폐기되어야 한다.

자연현상의 모든 물리량은 우주공간의 조직체제(공간계)가 원형적으로 보존한다. 이와 같이 우주공간의 조직체제가 자연현상의 모든 물리량을 원형적으로 보존한다는 주장은, 다음의 다른 항목(20. 도플러효과의 종류와 광학적 매질의 역할)에서 소개하는 도플러효과의 작용원리를 통하여 편리하게 이해될 수 있다. 또한 우주공간의 조직체제가 원형적으로 보존한 자연현상의 물리량은. 운동 기차의 관성계(좌표계)에 포함되지 않는다. 그러므로 운동 기차의 관성계(좌표계)에 포함되지 않는 우주공간의 물리량은, 운동 기차의 좌표계로 표현할 수 없다.

그러나 아인슈타인은 자연현상의 모든 물리량이 운동 기차의 좌표계에 포함(수용)되는 것으로 오해하고, 우주공간의 물리량을 운동 기차의 좌표계로 표현하였다. 이와 같이 우주공간의 물리량이 운동 기차의 좌표계에 포함되는 것으로 오해한 것은, 이 상대적 좌표개념이 심각하게 왜곡되었다는 것을 의미한다.

우주공간의 물리량을 운동 기차의 좌표계로 표현하려면, 우주공간의 물리량이 운동 기차의 좌표계 내부로 진입되거나, 운동 기차의 좌표계가 운동 기차의 외부로 연장되어야 한다. 만약 운동 기차의 좌표계가 우주공간의 물리량을 포함하지 않으면, 우주공간의 물리량을 운동 기차의 좌표계로 표현하는 것이 불가능하다.

아인슈타인의 상대성이론(1905)에서는 진공적 공허의 공간모형을 선택하고, 이 공허의 공간모형이 전제된 상대적 좌표개념을 도입하였다. 이러한 진공적 공허의 공간모형이 선택될 수 있었던 결정적 이유는, 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험(1881, 1886)에서 광파의 매질로 가정하였던 우주공간의 에테르(Ether)가 검출되지 않았기 때문이다.

간섭계의 실험결과가 광학적 매질의 존재를 부정하는 의미로 해석된 것은, 지구 중력장의 본질(물리적 정체)에 대한 이해와 정보가 부족하고, 지구 중력장의 기능적 역할을 반영하지 못한 결과의 실수였다. 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험처럼 주변의 환경적 조건(지구의 중력장)을 올바르게 반영하지 않을 경우, 실험결과의 물리적 의미가 왜곡적으로 해석된다.

지구의 중력장은 우주공간에 대해 독립적으로 분리된 공간계(공간조직의 기반)와 좌표계를 갖는다. 또한 마이켈슨-모올리의 간섭계는 지구의 중력장(공간계, 좌표계)에서 정지상황을 유지한다. 그러나 마이켈슨-모올리는 지구의 간섭계가 우주공간의 공간계(좌표계)를 직접 관통(공전)하는 것으로 오해(착각)하였다. 이러한 의미의 오해는 오늘날까지 해소되지 않아서, 공간개념의 올바른 정립에 큰 장애가 된다.

만약 간섭계의 실험결과가 왜곡적으로 해석되지 않았다면, 진공적 공허의 공간모형을 전제한 상대성이론이 출현되지 않았을 것이다. 이러한 왜곡의 개연성이 내포된 진공적 공허의 공간모형에 대해 현대물리학의 모든 운명을 걸고, 공허의 공간모형이 전제된 현대물리학의 모든 주장을 무분별적으로 수용하는 것은 대단히 불안한 모험이다.

 

 

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