현대 우주론의 세 가지 모순과
공간유체역학의 답
적색편이의 에너지 보존 위반, CMB의 방향성 부재, 그리고 양자역학이 외면한 일반광전효과. ΛCDM이 외면하는 모순들과 GF-HR이 제시하는 해소.
모순 01적색편이와 광속 불변 — 에너지는 어디로 갔는가
현대 우주론은 두 가지를 동시에 주장한다. 첫째, 빛의 속도는 관측자의 운동 상태와 무관하게 항상 c로 일정하다(특수상대성이론). 둘째, 먼 은하에서 오는 빛은 적색편이(Redshift)를 보인다 — 파장이 늘어나 있다(허블의 관측). 이 두 가지가 양립하려면 빛의 속도는 그대로인데 파장만 변해야 한다.
파장이 변하면 에너지가 변한다. 빛의 에너지는 E = hν = hc/λ이므로, 파장이 길어지면(적색편이) 에너지가 줄어든다. 그러면 질문이 생긴다. 줄어든 에너지는 어디로 갔는가?
더 근본적인 문제가 있다. 빛의 속도로 달리는 관측자를 생각해 보자. 전방의 별빛은 청색편이(파장 짧아짐)되고, 후방은 적색편이된다. 한쪽은 푸른 세상, 한쪽은 붉은 세상이 된다. 파장이 양쪽 고정 용수철의 진자 운동처럼 관측자의 운동에 따라 가변적이라면, 적색편이만 가지고 천체가 "멀어진다"고 단정할 수 있는가?
모순 02CMB — 빅뱅의 증거가 아니라 반증
우주 마이크로파 배경(CMB)은 빅뱅 이후 약 38만 년에 방출된 빛의 화석이라고 주류는 말한다. 온도 2.725 K의 흑체복사. 이것이 빅뱅의 가장 강력한 증거라고.
그런데 이 "증거"를 자세히 뜯어보면 오히려 빅뱅의 모순이 드러난다.
모순 ① : 방향성이 없다
빅뱅이 한 점에서 폭발했다면, CMB는 그 폭발 중심에서 바깥으로 퍼져나가는 복사여야 한다. 특정 방향에서 더 강하게 와야 한다. 그런데 CMB는 모든 방향에서 거의 동일하게 관측된다(등방성). 주류의 답: "빅뱅은 한 점이 아니라 모든 곳에서 동시에 일어났다." — 그런데 무(無)에서 시작했다며? "모든 곳"이 이미 존재해야 "모든 곳에서 동시에"가 가능하다. 순환 논리다.
모순 ② : 단열팽창과 적색편이의 이중 기준
CMB의 파장이 길어진 이유를 "단열팽창"이라고 한다. 우주가 팽창하면서 빛의 파장이 늘어났다고. 그런데 이것은 1번 모순(적색편이 에너지 보존 위반)과 정확히 같은 문제다. CMB 광자도 에너지를 잃었다. 그 에너지는 어디로 갔는가?
모순 ③ : 절대영도와 무한 팽창
ΛCDM에서 CMB 온도는 T ∝ 1/a 로 우주 팽창에 비례해 낮아진다. 우주가 무한히 팽창하면 T → 0 K. 그런데 열역학 제3법칙에 의하면 절대영도에는 도달할 수 없다. 무한 팽창 자체가 열역학과 모순이다.
모순 ④ : 우주의 경계에서 CMB는?
만약 우주에 경계가 있다면, 경계 너머에서 CMB가 올 수 없으므로 비등방성이 나타나야 한다. 경계가 없다면 우주는 무한한데, 무한한 공간이 유한한 과거에 생겨날 수 있는가?
CMB는 빅뱅의 증거가 아니다. CMB는 닫힌 공간유체 거품이 바운스 직후 균일하게 방출한 열복사의 잔향이다.
모순 03일반광전효과 — 양자역학이 외면한 보편 현상
아인슈타인의 광전효과(1905)는 양자역학의 출발점이었다. 빛이 물질에 부딪히면 전자가 방출되는 현상. 교과서는 이렇게 가르친다: "광자 하나의 에너지가 물질의 일함수(φ) 이상일 때만 전자가 나온다. 그 이하면 아무리 오래 쬐어도 안 된다."
이것은 틀렸다.
태양광 패널만 전자를 튕겨내는 것이 아니다. 빛에 오랫동안 노출된 종이, 나무, 돌, 모든 물질은 전자를 방출한다. 단지 임계점이 물질마다 다를 뿐이다. 그리고 결정적으로 — 일함수 이하의 에너지를 가진 광자라도, 충분한 시간 동안 반복적으로 조사되면 결국 전자가 방출된다.
이것은 기계공학에서 잘 알려진 현상과 정확히 같은 구조다. 피로파괴(Fatigue Failure).
금속에 항복강도(Yield Strength) 이하의 힘을 가해도, 수만 번 반복하면 금속이 부러진다. 각각의 충격은 항복점에 미치지 않지만, 결합 구조의 미세 균열이 누적되어 결국 파괴에 이른다. 빛과 물질의 상호작용도 이와 동일하다.
기존 양자역학의 광전효과는 단일 광자의 에너지가 일함수(φ) 이상일 때만 전자가 방출된다고 규정한다.
일반광전효과는 이것을 확장한다: 임계 에너지 이하의 광자라도, 충분한 시간 동안 누적 조사되면, 물질의 결합 에너지가 피로파괴(Fatigue Failure)와 동일한 메커니즘으로 약화되어 결국 전자가 방출된다.
따라서 광전효과는 특정 물질에만 일어나는 특수 현상이 아니라, 모든 물질에 대해 보편적으로 일어나는 일반 현상이다.
GF-HR 해석
GF-HR에서 광자는 공간유체의 압력파이고, 전자는 초공동 와류 코어다. 광자(압력파)가 코어의 경계면에 반복적으로 충격을 가하면, 코어 경계면의 표면 장력 σₛ가 점진적으로 약화된다. 임계점에 도달하면 코어에서 전자가 이탈한다.
이것은 이미 실험적으로 관측된 현상들과 일치한다. 고강도 레이저에서의 다광자 흡수(Multi-Photon Absorption), 열적 요동과 광자 에너지의 합산 효과, 그리고 장시간 자외선 노출에 의한 물질 열화(Photodegradation) — 모두 일반광전효과의 증거다.
표준 양자역학은 "단일 광자의 에너지가 φ 미만이면 아무리 많아도 안 된다"고 가르친다. 이것은 이상적인 극한에서는 맞지만, 실제 물질은 이상적이지 않다. 결합 구조에는 결함이 있고, 열적 요동이 있고, 시간이 지나면 열화된다. 교과서의 이상화된 조건은 현실을 반영하지 못한다.
마치며모순을 직시할 때 과학이 전진한다
이 글에서 제시한 세 가지 모순은 어렵거나 전문적인 것이 아니다. 누구나 생각할 수 있는 상식적인 의문이다.
에너지가 사라지면 어디로 갔는지 물어야 한다. 사방에서 동일하게 오는 복사가 한 점에서 터진 폭발의 증거인지 의심해야 한다. "이론적으로 불가능"하다고 선언한 것이 실험에서 일어나면, 이론을 수정해야 한다.
이런 기본적인 질문을 안 하는 이유는 딱 하나다. 기존 건물이 너무 크게 쌓여 있기 때문이다. ΛCDM 위에 수십 년치 논문과 수천억 달러의 투자가 올라가 있다. 기초를 건드리면 건물 전체가 흔들린다.
하지만 기초가 흔들리는 건물에 새 층을 올리는 것은 공학이 아니다. 기초를 다시 놓는 것이 공학이다.
우리가 제안하는 것은 기초의 교체다.
공간은 비어 있지 않다. 공간은 흐르고 있다.
이 단순한 전제 위에 서면, 세 가지 모순은 모두 사라진다.
과학의 역사에서 가장 위대한 발견은
새로운 답을 찾은 순간이 아니라
올바른 질문을 던진 순간에 시작되었다.
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