물리의 물리 (패러다임의 대전환, 인류지식의 대혁명)

최태군

저자최태군은1963년전라북도김제에서태어났다.그는원래법학자로서한림법학원,대학특강등에서행정법강의를하였으며,저서로는「행정법정론(행정법정론)」,「행정쟁송의구조와기능」등이있다.법리(法理)연구에몰두하고있던그는우연히말로만듣던19세기중엽조선의대학자이자인류역사상가장위대한천재물리학자혜강(惠岡)최한기(崔漢綺)의저술들을직접접하게되었고,모든것을‘유형(有形)의물리적실체’를들어설명하는최한기의학문에서그가찾아헤매던진리탐구의올바른방향을발견하게된다.특히인간을포함하여우주만물의운동변화의원리를‘있는그대로의세계’의유형(有形)·유방(有方)의물리적실체를가지고설명하는최한기의기학적인식론과물리학은모든학문의근본임을깨달은그는,2010년부터운명처럼모든일을중단하고따로거처를마련하여현대물리학관련서적과논문들및최한기의저술들을탐독하면서앎의기쁨에시간가는줄모르고실체물리학에흠뻑빠졌다.그렇게하루24시간꿈속에서도앎의기쁨의고리를끊지않고계속이어오던중,어느날눈을들어세상을보니어느새7여년의세월이흘러있었다.그런그가그동안연구에몰두하며혼자만끽했던앎의기쁨을지구상의모든사람들과함께나누고자저술한것이「TheoryofEverything:모든것의이론」(2016)이었다면,이번에낸「물리의물리」(2018)는2020년대이후의새로운물리학이될실체물리학의진면목을강의식으로상세하게서술한책이다.

들어가며(3)
차례(23)
[01]현대물리학에서의시간과공간의개념(27)
[02]시간은환상인가실재인가(29)
[03]모든것의이론의성립요건(34)
[04]시간의실체적의미:실재와이론의괴리(36)
[05]빅뱅이전과시공간(41)
06]우주초기조건에대한가설들과전체로서의우주(43)
[07]시간의화살과엔트로피:물리학의대상과범위(48)
[08]플라톤의이상적수학세계와4차원시공간연속체(53)
[09]실체물리학적우주의구조:3+(4+4)의11차원시공간(58)
[10]우주배경복사:WMAP의관측결과해석vs플랑크위성의관측결과해석(65)
[11]4차원이상의공간은실재인가허상인가(69)
[12]진정한물리적세계상:있는그대로의세계vs구성된현상세계(77)
[13]우주의근본요소와실체물리학(80)
[14]우주만물의운동·변화원리:모든것의이론의기본원리명제(84)
15]실체물리학적시공간:질량·에너지등가원리=입자·파동이중성원리=4차원시공간개념원리(87)
[16]빛과시간의탄생:시간의불연속성,보통물질중가장빠른광속(92)
[17]현상물리학(수리물리학)vs실체물리학(기수물리학)(98)
[18]양자요동의물리적실체:카시미르힘과중력자및암흑물질(106)
[19]우주만물과기본힘들의통일원리:기륜원리(Giryunprinciple)(112)
[20]강한핵력과중입자의탄생,그리고끈(string)이론의기원(115)
[21]암흑물질의점대칭회전운동과보통물질의축대칭회전운동(118)
[22]전자기력선이이루는격자모양의패브릭(fabric)과지구자기장의생성원인(127)
[23]시간의변천과열역학제2법칙의탄생(134)
[24]열역학제2법칙과경입자및전자기력의탄생(137)
[25]E=mc²와질량-에너지등가원리의진정한의미(139)
[26]빛은질량이없다?(143)
[27]중력장의형성과열역학제1법칙및휘어진시공간의실체적구조(155)
[28]관성력과일반상대성이론의기본원리(160)
[29]관성력과중력은무슨관계가있을까?(166)
[30]관성력의물리적실체와암흑물질의정체및그증험(169)
[31]지구는왜자전하는가?:기존의현상물리학으로는설명불가(177)
[32]갈릴레오의낙하법칙과중력의물리적실체(181)
[33]역학적에너지보존법칙과각운동량보존법칙의탄생및그실체적원인(190)
[34]시간지연,공간수축의실체적원인:시계(clock)와시간(time)(199)
[35]갈릴레오의상대성원리와아인슈타인의특수상대성이론(211)
[36]뉴턴의중력이론과아인슈타인의중력이론(223)
[37]은하회전속도가가르쳐주는실체물리학적진실(229)
[38]뉴턴중력이론의문제점들(233)
[39]기존물리학이알지못하는제5의기본힘:보통물질인천체의회전하는기륜력(245)
[40]조석(潮汐)현상의실체적원인(252)
[41]수성의근일점이동이생기는실체적원인(259)
[42]팽창하는우주vs우리은하와안드로메다은하의접근:기존물리학으로설명불가(265)
[43]케플러와뉴턴의역제곱법칙과아인슈타인방정식에서의곡률(267)
[44]현대우주론의“무(無)로부터의우주”의탄생비화(271)
[45]태양근처를지나는광선의구부러짐과중력렌즈현상의실체적원인(278)
[46]우주가속팽창의발견의의미와우주상수(285)
[47]우주가속팽창의원인과그물리적실체:열역학제2,제1법칙과암흑물질(292)
[48]중력파의원인과그물리적실체:중력장을형성한암흑물질(300)
[49]현대우주론의근본적인문제점:현대우주론이딜레마에빠질수밖에없는이유(311)
[50]특이점은왜생기고그실체는무엇이며빅뱅은왜일어나는가?:실체물리학의우주론(320)
[51]블랙홀의형성원리와그실체:블랙홀의특이점은실재하는가?(329)
[52]블랙홀정보역설:기존의현상물리학으로는풀수없는영원한수수께끼(341)
[53]양자물리학의성립과불확정성원리의의의(353)
[54]슈뢰딩거고양이역설(364)
[55]보어의상보성논리와하이젠베르크의현미경(367)
[56]불확정성원리가생기는실체적원인과양자혁명의진정한의의(376)
[57]이중슬릿실험의이중성수수께끼의실체적해명(383)
[58]양자얽힘현상과앎과정보(393)
[59]양자역학적정보(앎)는어떻게얻어지며어디에기록되는가?(406)
[60]앎(정보)과열역학제2법칙(418)
[61]양자얽힘현상의실체적원인과실체물리학적세계상의이해(424)
찾아보기(색인)(441)

수식을쓰지않고설명할수없는물리법칙은사이비과학에불과하고,
수식을쓰지않고설명할수없다면물리법칙을이해하지못한것이다.

▼새로운물리학이론이필요하다!!

오늘날천문학및천체물리학은지금까지우리가알고있는보통물질은우주구성요소의4%남짓에불과하고,나머지95%이상은암흑물질과암흑에너지로구성되어있다는계산서를뽑아놓고있다.하지만현대물리학은우주구성요소의95%이상을차지하는암흑물질과암흑에너지의정체에대해서는아직전혀알지못한다.이말은곧뉴턴이래지금까지의물리학은우주구성요소의4%남짓한관측가능한보통물질만을탐구해왔다는뜻이다.오늘날과학자들은암흑물질과암흑에너지가21세기과학계의최대난제라는데모두가동의하고있다.예일대학의천문학및천체물리학센터의책임자인멕어리(MegUrry)는“이물질은어떤물리학이론에서도예견된것이아니며,천체물리학팀들이측정하기까지는전혀알려지지않았다.우주에는그밖에어떤것보다암흑에너지가더많다.(……)그것이무엇이든그것은우리에게물질과시간과공간이어떻게작용하는지에관해완전히새로운어떤것을알려주고있다.근본적으로새로운물리학이론이필요하다.”라고말한다.그렇다.지금까지의물리학이다루어온우주구성요소의4%남짓한보통물질만이아니라,나머지95%이상을차지하고있는암흑물질과암흑에너지를포함하는‘있는그대로의우주’로서의전체우주를설명하기위해서는근본적으로새로운물리학이론이필요하다.새로운물리학이론에따라암흑물질과암흑에너지의정체및그작용을밝힌다면,빅뱅이전의특이점(Singularity)은왜생기고,우주대폭발(BigBang)은왜일어나는지,블랙홀의형성원인과그운명및물리적실체는무엇인지,아원자입자인소립자나,원자,별,은하등의천체의형성과정,우주가팽창하는이유와우주의미래등우주론의베일을한꺼번에벗겨낼수있을것이다.우리가암흑물질과암흑에너지를이해한다면우주와시공간의본질에대한기존패러다임에엄청난전환을불러올것이며,표준모형을넘어선물질의본질에대한이해도할수있게될것이다.

▼지금까지의현상물리학적패러다임을전복하고,2020년대이후의새로운물리학으로서의실체물리학을제시하다!!

이책의제목은‘물리의물리’이다.여기서앞의물리는지금까지의현상물리학을말하는것이고,뒤의물리는2020년대이후의새로운물리학으로서실체물리학을의미한다.기존의현상물리학이이성의틀에의해‘구성된현상세계’로서의물리적세계상을구현하려고했다면,새로운실체물리학은우주에실재하는유형의물리적실체의운동·변화하고있는‘있는그대로의세계’로서의물리적세계상을구현하려고한다.실체물리학은기존의현상물리학에서처럼누군가의머릿속에서궁리하는무형(無形)의이상적이고추상적인상상이나사고실험을가지고이야기하는것이아니라,사람이면누구나이해하고인식할수있는전후,좌우,상하의3차원공간의형체를가진우주에실재하는유형(有形)의물리적실체를가지고우주만물의운동변화를이야기한다.예컨대4차원시공간개념이물리이론으로서타당하고우주에실재하는유형의물리적실체에부합하는이유는부피가없는1차원시간은그자체로는독립적으로존재할수없고,유형(有形)의3차원공간속에서만그실재성을확보할수있기때문이다(실체물리학에서의4차원시공간개념원리).
물리학은물체의속성으로부터출발해서물질의보편체계를만들어내려는학문이므로,실체물리학은우주를구성하고있는유형의물리적실체그자체의내재적속성과그물리적성질을가지고우주만물의운동변화를설명한다.모름지기진정한앎이나보편지식은누군가의머릿속상상으로부터나오는증명불가능한가설인“공리(公理)”가아니라,사람이면누구나언제든지직접경험적으로인식하고증험할수있는것이어야만하므로,“방금운화(方今運化)”,즉여기지금(here-now)살아움직여두루돌(리)며변화하고있는우주의모습을앎의터전이자그표준으로삼아야한다.그렇다면여기지금살아움직여두루작용하며운동·변화하고있는우주의모습은어떠한가?
관측가능한보통물질만이아니라빛을내지않아서눈에보이지않는암흑물질과암흑에너지를포함하여우주에실재하고있는모든유형의물리적실체를가지고우주만물의운동변화를설명하는실체물리학의관점에서보면,우주의근본요소는에너지와질량이고,여기지금우리들눈앞에펼쳐진우주는,에너지(공간)로만이루어져서시간과는무관하고모이지도흩어지지도않는‘물체(物體,object,body)’로서비국소적(nonlocal)인3차원절대공간안에,에너지(공간)와질량(시간)으로이루어져서4차원시공간을가진국소적(local)인‘물질(物質,matter:보통물질과암흑물질)’들이시간의변천에따라모이고흩어지면서살아움직여두루돌(리)며변화하고있다.따라서본문에서자세히논하겠지만,실체물리학에서는우주의구조를‘3+(4+4)의11차원시공간’으로본다.여기서주의할것은3+(4+4)의11차원시공간구조는인간이인식할수없는4차원이상의고차원공간을상정하는초끈이론의M이론이말하는11차원시공간과는본질적으로다르다는점이다.4차원‘시공간’은우주에실재하지만,4차원‘공간’,다시말해4차원이상의고차원공간은우주에실재하지도않고실재할수도없다.설령실재한다고가정하더라도4차원이상의공간은인간이인식할수없어서그자체로이미무의미하다.왜냐하면인간의앎이란인식과정을통해서얻어지는것인데,인간이인식할수조차없는것을안다고말하는것은그자체로이미헛소리이기때문이다.

실체물리학이말하는우주의구조인3+(4+4)의11차원시공간에서,3은(암흑)에너지(공간)로만이루어져서시간과무관하고모이지도흩어지지도않는비국소적인3차원절대공간을이루고있는물체(物體,object,body)이고,(4+4)는에너지(공간)와질량(시간)으로이루어져서시간의변천에따라모이고흩어지는국소적인4차원시공간(형체가없는1차원시간은3차원공간속에서실재할수있다)을이루고있는물질(物質,matter;물질이란질량이있는물체를말한다)들로서열역학제1법칙인질량-에너지보존법칙이적용되는고립계(孤立系,isolatedsystem)를의미하는데,앞의4차원시공간은가시적인‘보통물질’을,뒤의4차원시공간은시간의변천에의한열역학제2법칙인엔트로피증가법칙에따라그보통물질에서흩어져나온“우주의기본단위물질”로서비가시적인자전하는‘암흑물질’들이열역학제1법칙인질량-에너지보존법칙에따라3차원절대공간인우주공간으로흩어지지않고그보통물질을겹겹이둘러싸고공전하면서형성한기륜공간인중력장으로서의특수한4차원시공간을말한다.이처럼우주를3+(4+4)의11차원시공간구조로보는실체물리학에는지금까지의물리학이다루어온우주구성요소의4%남짓한보통물질뿐만아니라그나머지95%이상을차지하는암흑물질과암흑에너지를모두포함하고있다.

하지만뉴턴이래지금까지의현상물리학은플라톤의이상적사유와인식체계에서세계를바라보기때문에플라톤의이상적수학세계에기속되어우주의구조를‘4차원시공간연속체’로본다.뉴턴의중력이론을포함한고전역학은에너지로만이루어져서시간과무관하고모이지도흩어지지도않는3차원절대공간을배경으로하여,에너지(공간)와질량(시간)으로이루어져서시간의변천에따라모이고흩어지며운동·변화하는4차원시공간을가진물질들이형성하고있는(4+4)의시공간에서앞의4차원시공간인가시적인보통물질의운동변화만을생각했다.게다가뉴턴은플라톤의이상적수학세계에따라이4차원시공간을가진보통물질을부피가없는이상적인‘점입자(pointparticle)’로간주해버렸기때문에,그보통물질을이루는3차원공간은없어지고부피가없는질점들이형성할수있는1차원시간만남아서,전체적으로우주를‘3차원절대공간과1차원시간’을가진4차원시공간연속체라고보았던것이다.이에반해,아인슈타인은상대성이론을구상하면서우선에너지로만이루어져서시간과무관하고모이지도흩어지지도않는3차원절대공간을우주에서제거해버렸다.다시말해뉴턴의절대공간을부정하면서특수상대성이론을만들었다.아인슈타인은이렇게3차원절대공간을부정한후에,남은(4+4)의시공간,즉관측가능한보통물질을이루고있는4차원시공간과시간의변천에의한열역학제2법칙인엔트로피증가법칙에따라그보통물질에서흩어져나온우주의기본단위물질인자전하는암흑물질들이그보통물질을겹겹이둘러싸고공전하면서형성한기륜공간인중력장의특수한4차원시공간(아인슈타인은이를‘휘어진시공간’이라고보았다)을한데뭉뚱그려서하나의4차원시공간연속체로보고중력이론인일반상대성이론을만들었다.

현대물리학은미시세계에적용되는양자역학과거시세계에적용되는일반상대성이론이두축을이루고있다.따라서오늘날천문학과우주론자들은―뉴턴의4차원시공간연속체개념이아니라―아인슈타인의4차원시공간연속체개념에따른상대론적우주론을바탕으로전체우주를바라본다.그런데상대론적우주론에따르면,―(시간과무관한3차원절대공간에서가아니라)―‘아무것도없는무(無)에서’우주대폭발로시간과공간이창조되어야하므로,현대물리학은빅뱅으로부터생겨나는시간과공간과물질들은모두‘아무것도없는무(無)에서’창조된것이라고믿을수밖에없게되었다.오늘날우주론자들이일치하여말하고있는‘무(無)로부터의우주’는바로이렇게탄생된것이다.그러나아무것도없는무(無)에서무언가유(有)가생겨난다는것은이미그말자체로모순이고역설이므로,현대우주론은딜레마에빠지고지적한계상황에봉착할수밖에없게되고말았다.그런데아인슈타인으로부터시작된현대우주론이오늘처럼끝없는추측과딜레마에빠지게될것이라는사실을,아인슈타인그자신은이미인식하고있었다.그가일반상대성이론과그중력장방정식까지세상에공표하고난후인1917년에,우주론적관점에서우주의공간전체의구조를생각하면서그의장방정식에우주론적항을도입한이유도바로여기에있다.그는그때“공간의크기는시간과무관하다.”는가설을토대로공간전체의구조에관한우주론적문제를고찰했다고말하고있다.그리고그는그가도입했다가나중에거둬들인우주론적항(Λ)에대해서“이항은상대성의일반이론에자체에의해요구되는것도아니었고,이론의관점에서볼때자연스럽다고생각되는것도아니었다.그때내가보기에그가설이불가피한것같았다.왜냐하면그가설에서벗어나면끝없는추측에빠져들게된다고생각했기때문”이라고했다.
그렇다면1917년아인슈타인은도대체왜우주론적관점에서볼때“공간의크기는시간과무관하다”는가설을세우고자신의중력이론인일반상대성이론의장방정식에우주론적항(Λ)을추가하려했을까?물론우주론적관점에서공간이시간과무관하다는가설을세운점에비추어,오늘날물리학자들이말하고있는것처럼그가우주를‘정적(靜的,static)’으로보았기때문이라고생각할수있을것이다.그러나아인슈타인이우주론적항을넣다뺐다하게된더근본적인원인은플라톤의이상적사유와인식체계에서벗어나지못하여우주의시공간구조를4차원시공간연속체로생각했기때문이다.그래서그는프리드만((AlaxanderFriedmann)에의해서애초의장방정식이우주론적항을도입하지않고서도시간에의존하게되는해(解)인팽창하는공간을구할수있다는것이알려지고,허블(EdwinPowellHubble)에의해서우주가팽창하고있는것이확인되자,그우주론적항을철회했던것이다.이때아인슈타인은우주론적항을추가했던것을“자신의일생일대의최대실수였다”고말했다.왜그랬을까?생각해보라.상대성의특수이론(1905)뿐만아니라일반이론(1915)과그에관한장방정식까지이미세상에발표하고난마당에,이제와서(1917)자신이처음상대성이론을만들었을때부정해버렸던뉴턴의절대공간인‘시간과무관한공간’을다시운운하는것은자기가만든상대성이론에대한‘자기부정’이고‘일생일대의최대의실수’가아니고무엇이겠는가?그러나우주