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바탕질 물리학  ····®

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3-2. 상대적 좌표계의 변칙적 활용

상대성이론의 [광속 일정불변법칙]은 공전운동의 지구에서 광파의 전파속도를 측정한 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험이 증명하는 것으로 오해될 수 있다. 그러나 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험은 [광속 일정불변법칙]의 타당성을 증명하지 않는다. 왜냐하면 지구의 중력장이 고유의 공간계와 좌표계를 독립적으로 갖고, 독립적 좌표계를 갖는 지구의 중력장 내부에서 마이켈슨-모올리의 간섭계가 운동하지 않았기 때문이다.

필자의 새로운 중력이론에서는 지구의 중력장이 고유의 공간계와 좌표계를 독립적으로 갖고, 이 지구 중력장의 공간계(좌표계)가 지구와 함께 동행적으로 공전한다. 이와 같이 지구와 함께 동행적으로 공전하는 지구 중력장의 내부에서 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험을 수행할 경우, 이 간섭계의 실험장치는 지구 중력장의 공간계에 대해 정지상황을 유지하고, 간섭계의 광학적 간섭무늬가 이동되지 않는다.

지구의 중력장은 우주공간에 대해 독립적으로 분리된 고유의 공간계와 좌표계를 갖는다. 그러므로 지구의 공전운동에 의한 우주공간의 상대적 공간바람(에테르의 상대적 흐름)은 마이켈슨-모올리의 간섭계로 검출되지 않는다. 이와 같이 지구의 중력장 내부에서 우주공간의 상대적 공간바람이 마이켈슨-모올리의 간섭계로 검출되지 않을 경우, 이 간섭계 실험은 상대성이론의 '광속 일정불변법칙'을 증명하는 것으로 오해될 수 있다.

지구의 본체가 우주공간에서 공전속도로 운동하고 있으나, 지구의 중력장이 고유의 공간계와 좌표계를 독립적으로 갖는 이유는, 다음의 다른 항목(29. 중력장의 독립성과 지구의 공전운동)에서 구체적으로 설명하겠다.

상대성이론의 전제조건처럼 운동 기차를 구성한 물체의 체적(소립자의 분포조직)에 의해 기차의 관성계가 형성되더라도, 이 운동 기차의 관성계는 독립적 좌표계를 가질 수 없다. 운동 기차의 관성계가 독립적 좌표계를 가질 수 없는 이유는, 우주공간에서 고유의 공간계와 좌표계가 설정되고, 운동 기차의 관성계가 우주공간의 공간계와 좌표계를 투과적으로 관통하기 때문이다.

등속도로 운동하는 기차의 관성계가 독립적 좌표계를 가질 수 없다는 주장은, 운동 기차(관측자)의 입장에서 측정한 기차 외부의 거리가 기차의 운동거리만큼 합산적으로 증감되는 효과(L=L1+L2)를 통하여 편리하게 논증될 수 있다. 운동 기차(관측자)의 입장에서 측정한 기차 외부의 거리 L은 기차 외부의 실제적 거리 L1과 기차의 운동거리 L2가 합산된 L=L1+L2의 규모를 갖는다.

운동 기차(관측자)의 입장에서 측정한 기차 외부의 거리가 합산적으로 증감되는 것은, 운동 기차의 외부에 이미 고유의 좌표계(기준계)가 설정되었다는 것을 의미한다. 즉 운동 기차의 외부를 구성한 우주공간의 거리(좌표축의 기반)는 기차의 운동에 의해 변화되지 않고, 본래의 가치를 원형적으로 보존한다.

운동 기차의 외부에서는 우주공간의 좌표계가 본래의 위상을 불변적으로 유지한다. 또한 운동 기차의 외부에서 우주공간의 좌표계가 본래의 위상을 불변적으로 유지할 경우, 운동 기차의 관성계는 우주공간의 좌표계를 투과적으로 관통한다. 이와 같이 우주공간의 좌표계를 투과적으로 관통하는 운동 기차(관측자)에 대해 독립적 좌표계가 설정될 수 없다.

상대성이론의 상대적 좌표계는 체제적 골격을 정형적으로 유지할 수 없고, 좌표축의 실체적 구성요소를 갖지 않는다. 만약 상대적 좌표계가 체제적 골격과 좌표축의 실체적 구성요소를 갖는 것으로 가정하더라도, 이 좌표계의 체제적 골격과 좌표축의 실체적 구성요소는 운동 기차(관측자)를 추종적으로 따라다닐 수 없다.

엄밀한 의미의 관점에서 상대성이론의 상대적 좌표계를 구성한 체제적 골격과 좌표축의 거리단위는, 우주공간(지구의 중력장)의 좌표계가 갖는 체제적 골격과 좌표축의 거리단위를 모사적으로 차용한 허구적 위상이다. 이러한 허상의 상대적 좌표계는 로렌츠인수 의 유도과정에서 비정상적 논리로 도입된 것이다. 즉 상대론적 좌표개념은 마이켈슨-모올리의 간섭계 실험이 실패된 이후에, 광속 일정법칙을 합리화하기 위한 수단으로 가정되었을 뿐이다.

상대성이론의 상대적 좌표계는 상대론적 좌표변환식의 로렌츠인수 를 유도하기 위한 가상적 전제조건에서 처음이자 마지막으로 활용되었을 뿐이고, 오늘날까지 다른 조건으로 활용된 사례가 전혀 없다. 하나의 예로 일반 상대성이론의 성립과정에서는 4 차원의 시공적 굴곡구조가 정형적으로 유지되는 절대적 좌표계를 적용하였다. 이러한 일반 상대성이론의 절대적 좌표계에서는 운동 관측자가 갖는 관측자 중심의 상대적 좌표계를 인정하지 않는다.

상대성이론의 주장처럼 독립적 구조의 좌표계가 운동되는 상황은 우주공간에서 존재하지 않는다. 즉 상대론적 좌표개념을 적용할 수 있는 자연의 물리현상은 우주공간에서 발견되지 않는다. 그러나 지구의 중력장은 예외적 조건을 갖는다. 여기에서 지구의 중력장은 우주공간에 대해 독립적으로 분리 단절된 공간계와 좌표계를 갖고, 이 중력장의 독립적 공간계와 좌표계는 공전운동의 영향을 받지 않는다.

운동 기차의 관성계가 우주공간의 공간계(좌표계)를 투과적으로 관통하고, 운동 기차의 관성계가 독립적 좌표계를 갖지 않는다는 주장은, 피조(Fizeau)의 효과를 통하여 편리하게 이해될 수 있다. 프랑스의 물리학자 피조가 수행한 실험에서는, 물속을 통과한 광파의 전파속도 C가 물의 운동속도 V만큼 합산적으로 증가되지 않았다.

물속을 통과한 광파의 전파속도가 물의 운동속도만큼 합산적으로 증가되지 않는 효과는, 흐르는 물(운동 기차)의 관성계가 독립적 좌표계를 갖지 않고, 흐르는 물의 관성계가 광파의 전파속도(전파작용)를 보존하지 않았다는 의미로 이해될 수 있다. 즉 흐르는 물의 관성계는 광파의 전파속도(전파작용)를 통제적으로 구속하지 않고, 흐르는 물속에서 관성계와 좌표계는 동일한 위상으로 일치되지 않는다. 이러한 논리는 흐르는 물속에서 관성계와 좌표계가 독립적으로 분리되었다는 것을 의미한다.

흐르는 물(운동 기차)의 내부에서 관성계와 좌표계가 동일한 위상으로 일치되지 않는 이유는, 우주공간(지구의 중력장)이 고유의 공간계(좌표계)를 갖고, 이 우주공간의 공간계를 흐르는 물(운동 기차)의 관성계가 투과적으로 관통하기 때문이다.

상대성이론의 주장처럼 관성계와 좌표계가 동일한 위상으로 일치될 경우, 흐르는 물의 관성계(좌표계)가 광파의 전파속도(전파작용)를 직접 운반하여서, 이 물속을 통과한 광파의 전파속도 C가 반드시 흐르는 물의 운동속도 V만큼 합산적으로 증가(C+V)되어야 한다. 여기에서 흐르는 물(운동 기차)의 관성계가 독립적 좌표계를 갖는 효과와, 물속을 통과한 광파의 전파속도가 흐르는 물의 운동속도만큼 합산적으로 증가(C+V)되는 효과는, 동일한 의미로 이해할 수 있다.

피조의 실험에서 물속을 통과한 광파의 전파속도 C가 흐르는 물의 운동속도 V만큼 합산적으로 증가(C+V)되지 않고, 흐르는 물의 관성계가 광파의 전파속도(전파작용)를 운반하지 않는 것은, 흐르는 물의 관성계에서 광속 일정법칙이 성립될 수 없다는 것을 의미한다. 물론 피조의 실험에서 광파의 전파속도 C는 로렌츠인수 의 비율만큼 변화되었으나, 이러한 광속도의 부분적 변화는 관성계와 좌표계의 일체적 연계성을 증명할 수 없다.

아인슈타인은 두 좌표계 S와 S'가 변위되는 상황(S→S')을 가정하여, 좌표변환식의 로렌츠인수 를 유도하였다. 그러나 로렌츠인수 의 유도과정에서는 아인슈타인도 인식하지 못한 미지의 다른 효과를 두 좌표계 S와 S'의 변위효과(S→S')로 오해하였다. 여기에서 아인슈타인이 가정한 두 좌표계 S와 S'의 변위효과(S→S')는 관측자(좌표계)의 운동속도 V에 의해 광속도 C의 가치가 증감되는 효과를 상징적으로 반영한다. 이와 같이 관측자(좌표계)의 운동속도 V에 의해 광속도 C의 가치가 증감되는 이유와 작용원리는, 다음의 다른 항목(5. 속도의 정의를 부정하는 광속 일정법칙)에서 구체적으로 설명하겠다.

로렌츠인수 의 유도과정에서는 두 좌표계 S와 S'가 상대적으로 변위되는 상황(S→S')을 가정하였으나, 이 로렌츠인수 의 완성적 구조는 하나의 절대적 좌표계에서 성립된 의미를 갖는다. 즉 로렌츠인수 의 유도과정에서는 아인슈타인도 인식하지 못한 하나의 절대적 좌표계가 사용되었다.

로렌츠인수 의 유도과정에서 하나의 절대적 좌표계가 사용되었다고 주장하는 이유는, 로렌츠인수 를 유도하기 위한 최초의 조건에서 C+V의 합산구조가 적용되었기 때문이다. 즉 로렌츠인수 의 유도과정에서 독립적 요소의 두 속도 C와 V가 직선적 체제의 C+V로 합산되는 것은, 이 합산대상의 두 속도 C와 V가 하나의 직선적 좌표축에서 대등한 입장으로 공존하고, 두 속도 C와 V의 선형적 연속성이 하나의 벡터량으로 합성되는 것을 의미한다.

좌표변환식의 로렌츠인수 를 유도하기 위한 최초의 전제조건처럼 합산대상의 두 속도 C와 V가 하나의 좌표축에서 대등한 입장으로 공존할 경우, 이들의 두 속도 C와 V가 선형적 체제의 연속성을 갖고, 두 속도 C와 V의 연속성이 선형적 체제의 C+V로 합산될 수 있다.

좌표축의 광속도 C와 좌표계의 운동속도 V가 C+V의 선형적 구조로 합산되는 조건의 의미를 갖는 로렌츠인수 은, 하나의 절대적 좌표계에서 성립되었다. 왜냐하면 C+V의 선형적 합산구조가 C의 광속도나 V의 운동속도보다 더욱 근원적인 하나의 절대적 좌표계를 요구하기 때문이다. 여기에서 좌표변환식의 로렌츠인수 은 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'를 반영하지 않고, 탄성력의 광속도 C와 작용인자(관측자나 소립자)의 운동속도 V가 하나의 벡터량으로 합성되는 상황을 반영한다.

로렌츠인수 의 유도과정처럼 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'를 종이의 지면에서 도식적으로 표현할 경우, 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'를 포용하기 위한 하나의 절대적 좌표계가 선행적으로 필요하다. 만약 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'를 포괄하기 위한 하나의 절대적 좌표계가 선행적으로 인정되지 않으면, 독립상태의 두 좌표계 S와 S'가 상대적으로 변위되는 효과 S→S'를 표현할 수 없다.

로렌츠인수 의 유도과정에서 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'를 포괄하는 하나의 절대적 좌표계는 종이의 지면으로 이해될 수 있다. 왜냐하면 하나의 절대적 좌표계를 갖는 종이의 지면에서 두 좌표계 S와 S'의 상대적 변위효과 S→S'가 취급되었기 때문이다.

로렌츠인수 의 유도과정에서 하나의 절대적 좌표계가 사용되었다는 것은, 이 로렌츠인수 의 유도과정에 아인슈타인도 인식하지 못한 미지의 다른 의미가 포함된 것을 암시한다. 즉 로렌츠인수 의 유도과정에서는 아직 밝혀지지 않은 미지의 다른 효과(광속도의 합산적 증감효과)를 두 좌표계의 상대적 변위효과로 오해하였다.

하나의 절대적 좌표계로 성립된 좌표변환식의 로렌츠인수 가 지구의 중력장이나 우주공간에서 유효하게 적용되는 것을 고려할 경우, 지구의 중력장이나 우주공간은 오직 하나의 절대적 좌표계를 갖는 것으로 이해될 수 있다.

좌표변환식의 로렌츠인수 는 하나의 절대적 좌표계에서 성립된 의미를 갖고, 하나의 절대적 좌표계에서 성립된 좌표변환식의 로렌츠인수 는, 하나의 절대적 좌표계를 갖는 지구의 중력장이나 우주공간에서 유효적으로 활용될 수 있다. 이와 같이 하나의 절대적 좌표계를 갖는 지구의 중력장이나 우주공간은 [절대공간]으로 호칭되어야 한다. 또한 하나의 절대적 좌표계로 성립된 좌표변환식의 로렌츠인수 는 필자의 절대성이론에서 [절대 바탕인수 β]로 대체된다.

좌표변환식의 로렌츠인수 는 비정상적 논리로 유도되었으나, 이 로렌츠인수 는 실제의 실험결과와 엄밀하게 일치한다. 이와 같이 비정상적 논리로 유도된 좌표변환식의 로렌츠인수 가 실제의 실험결과와 엄밀하게 일치하는 이유는, 하나의 절대적 좌표계를 갖는 지구의 중력장에서 하나의 좌표계로 성립된 좌표변환식의 로렌츠인수 가 적용되었기 때문이다.

아인슈타인의 상대성이론은 물리현상의 변위량을 관측자 중심의 상대적 가치로 표현하는 관측자 중심의 논리로 구성되었다. 즉 좌표변환식의 로렌츠인수 에서는 표현대상의 물리량이 관측자 중심의 상대적 가치로 표현된다. 그러므로 로렌츠인수 의 적용과정에서 관측자는 반드시 좌표계의 중심적 위치(좌표축의 0점)를 갖고, 표현대상의 물체가 운동되어야 한다. 왜냐하면 로렌츠인수 의 성립과정에서 관측자가 정지 좌표계를 갖고, 표현대상의 운동 물체가 변위 좌표계를 갖기 때문이다.

관측자 중심의 논리로 구성된 상대성이론에서 관측자(실험기구)는 반드시 표현의 주체적 입장을 갖는다. 또한 하나의 절대적 좌표계가 설정된 지구의 중력장 내부에서 정지 관측자(실험기구)는 좌표계의 중심적 위치를 갖는다. 왜냐하면 지구의 중력장 내부에서 중력장의 절대적 좌표계와 정지 관측자가 동일한 위상으로 일치되기 때문이다.

좌표계의 중심적 위치를 갖는 정지 관측자에게는 관측자 중심의 광속 일정법칙과 관측자 중심의 로렌츠인수 가 유효적으로 적용된다. 여기에서 좌표변환식의 로렌츠인수 가 유효으로 적용될 수 있는 유일한 조건은, 관측자가 지구 중력장의 좌표계에 대해 정지상황을 유지하고 표현대상의 물체가 운동하는 경우뿐이다. 이러한 상대성이론의 부분적 유효성은, 상대성이론의 전체적 타당성을 증명하는 것으로 오해될 수 있다.

그러나 하나의 절대적 좌표계가 설정된 지구의 중력장에서 관측자가 운동할 경우, 이 운동 관측자는 좌표계의 중심적 위치를 가질 수 없다. 또한 좌표계의 중심적 위치를 갖지 않는 운동 관측자에게는, 관측자 중심의 광속 일정법칙과 관측자 중심의 로렌츠인수 가 적용되지 않는다. 만약 좌표계의 중심적 위치를 갖지 않는 운동 관측자에게 관측자 중심의 광속 일정법칙과 관측자 중심의 로렌츠인수 를 적용하면, 이 로렌츠인수 의 표현과정에서 반드시 논리적 모순의 결함이 표출된다.



 

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