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상대성이론 - Michelson-Morley의 실험(교육용)
앞에서도 계속 강조해 왔지만, 이제부터의 글도 일본이나 중국 유학생 분들이 참고하시고, 귀국의 과학 발
전은 물론 인류의 과학 발전에 기여하기를 바라는 마음에서 쓴다.
따라서 한국者들은 볼 필요도 없는 글이다.
사실 글 제목을 Michelson-Morley의 실험이 아니라 Michelson-Morley의 간섭계라고 하는 것이
오히려 더 정확할 것이다.
그러나 현실에 너무 잘못 알려진 내용이기에 ‘실험’이라는 이름을 붙였지만 스스로 판단하기 바란다.
그들의 실험이라는 내용을 보려면 백진태의 블로그
https://blog.naver.com/tigtjkk?Redirect=Log&logNo=220241878431
본문 [2. M-M의 실험]
을 참조하면 된다.
상대성이론 - Michelson-Morley의 실험(교육용)
1. Michelson-Morley 실험의 의의(意義)
2. Michelson-Morley 실험의 관찰력 문제
3. 질점과 계
4. Michelson-Morley 의 실험 개선방법
5. 계의 표현
6. 계의 역학
[결론]
1. Michelson-Morley 실험의 의의(意義)
1881년 행해진 Michelson-Morley 실험의 결과는 현대물리학사에 크나큰 영향을 끼쳤다. 즉,
(1) 절대 정지한 우주적 기준계로서의 Ether의 부정
(2) 빛의 전달 매질로서의 존재 부정
(3) “광속일정의 원리” 주장
이라는 결과를 초래하게 되었으며, 여기서 “광속일정의 원리”는
“둘째로, 그것은 새로운 물리적 원리를 암시하여 주는 것이었다. 즉, 자유공간에서의
빛의 속도는 광원이나 관측자가 어떠한 운동을 하더라도 어디에서나 동일하다는 것이다.“
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. p. 9]
“ 특수 상대성이론의 두번째 가정은 자유공간에서의 빛의 속도의 크기는
관측자의 운동상태에는 관계없이 모든 관측자에 대하여 동일하다는 것이다.
이 가정은 마이켈슨-몰리의 실험(및 그 밖의 다른 실험)의 결론에서 직접 얻어진다“
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. p. 11]
라는 것으로 여기서 특히 주의해 볼 것은
첫째, 자유공간에서의 빛의 속도
둘째, 관측자의 운동 상태
라는 두 가지 사항이다.
결국 “광속일정의 원리”를 빌미로 나오게 된 것이 특수 상대성이론인 것이다. 즉,
"속도란 진행거리를 소요시간으로 나눈 값이다. 광속도를 억지로(억지라기보다도 자연계의 실정에 따
라서 라고 말하는 편이 낫다. 결코 억지가 아니기 때문에) 일정하게 한 것이므로 거리라든가 시간쪽에
여파가 가는 것이 당연하다."
따라서 Michelson-Morley 실험의 결과로 나온 “광속일정의 원리”의 중요성 때문에,
"물론 마이켈슨이 어떤 효과를 발견하였다고 한다면 상대성이론은 틀린 것이라고
간단히 말 할 수 있다."
[아인슈타인 1. 장회익역. 전파과학사. 1993. p.90]
는 말이 나오게 됨은 아주 당연한 결과인 것이며, 그래서 Michelson-Morley 실험의 숙고는 절대 필요한
과정이기도 하다.
Michelson-Morley 실험의 내용은 백진태의 네이버 블러그
https://blog.naver.com/tigtjkk?Redirect=Log&logNo=220241878431
본문 2. M-M 실험
에 이미 설명되어 있으므로 참고하면 된다.
사실 그들의 실험에서 계산 방법은 그다지 중요하지 않다.
왜냐하면 계산상의 문제도 있지만 그 보다 가시적인 상황 즉, 관찰력의 문제가 더 크기 때문이다.
2. Michelson-Morley 실험의 관찰력 문제
Michelson-Morley 가 그들의 실험을 하게 된 착상은,
“만약 에테르라는 것이 宇宙空間을 充滿하고 있다면, 우리는 적어도 地球가 太陽둘레를 돌아 움직이는 軌
道運動의 速度 3*10^4m/秒(18.5mi/秒)로서 에테르 속을 움직이고 있는 것이 된다. 萬若 太陽도 움직이
고 있다면 에테르 속을 지나가는 우리의 速力은 이보다 더욱 큰 것이다.“
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.6]
인 것으로 그림으로 보이면
[그림 1] 가상작인 에테르 속을 통해서 움직이는 지구의 운동
[그림 1][현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.6] 과 같이 나타난다.
여기서 생각해 볼 것이 있다.
"지구의 태양 주위의 운동만을 적당한 정확도로 따지고자 할 때에는 지구를 '질점으로 생각할 수 있다'.
그러나 바다의 조류, 대기의 변화, 지진등을 따질 때에는 분명히 지구는 <<질점으로 생각할 수 없다>>."
[대학물리학. 인하대학교 물리학교실. 인하대학교출판부. 1979]
는 것인데 위의 [그림 1]과 같은 경우에는 지구 전체를 ‘질점’처럼 취급할 수 있으나,
[대기로 둘러싸인 지구]는 질점처럼 취급할 수 없다.
지구에 대한 형상을 좀 더 세밀히 살펴 볼 필요가 있다.
[그림 2] 대기로 둘러싸인 지구(‘놀라운 행성 지구’에서 캡쳐)
지구는 대기로 둘러싸여 있어서 대기층이 없는 달과는 확연한 차이가 있다.
다시 말해서 [놀라운 행성 지구] 라는 영상에서 설명되는
“대기권의 네 개의 층 모두 지구 생명체에게 중요하지만 모든 층을 지표면에서 벗겨 낸 다음 공모양으로
만들면 이렇게 보일 것이다.”
[그림 3] 지구 대기를 벗겨낸 지구
라는 것은 마치 대기가 없는 달과 같은 모양이 되는데 이것은 “질점”적으로 취급될 수 있다.
그러나 지구는
[그림 4] 대기로 둘러싸인 지구
대기로 둘러싸여 있어서 대류권 내부에 사는 우리의 생활은 ‘질점’처럼 취급할 수 없다.
이것을 “계”의 정의에 따라 분류하면
"계(系)" 란, 열역학에서 문제가 되는 일정량의 물질군을 가리킨다.
즉, 자연현상을 생각할 때, 그 성질을 명백히 하기 위해서는 자연계의 일부를 임의로 나누는 경계를 설정
한다. 이와같이 하면 자연계는 경계의 내측과 외측으로 나누어진다. 경계 내를 "계(系)", 경계 외를 주위 또
는 외계(外界)라고 한다. 이러한 "계(系)"는,
개방계 혹은 열린계[系:open system] : 외계와의 사이에 물질과 Energy 출입이 가능
밀폐계 혹은 닫힌계[系:closed system]:Energy 만 이동이 가능
고립계[系:isolated system] : 물질과 Energy 의 수수가 없음
로 구별이 된다. "
[표준 공업 열역학. 정우사. 1978. p.29]
[기초 공업 열역학. 정우사. 1977. p.23]
라고 할 때, 지구는 전체적으로 외계와의 사이에 물질과 Energy 출입이 가능한 개방계 혹은 열린계
[系:open system]라 할 수 있다.
따라서 이러한 지구는 “질점”적인 경우와 다른 “계(系)”의 개념으로 접근해야 하는 것이다.
이 상황을 Michelson-Morley의 실험 배경과 결합하여 생각해 보자.
Michelson-Morley의 간섭계는 경로가 다른 두 빛줄기를 만들어 주면 관측스크린 상에는 간섭무늬가 나
타나게 되는데 간섭계의 회전에 따라 광로차에 따른 명암의 소멸간섭으로 간섭무늬는 이동하게 된다.
[그림 5] Michelson-Morley의 간섭계와 실험 위치
당장의 일은 실험 결과보다 실험 환경을 먼저 따져 보아야 한다.
Michelson-Morley의 실험 배경은
“만약 에테르라는 것이 宇宙空間을 充滿하고 있다면, 우리는 적어도 地球가 太陽둘레를 돌아 움직이는 軌
道運動의 速度 3*10^4m/秒(18.5mi/秒)로서 에테르 속을 움직이고 있는 것이 된다. 萬若 太陽도 움직이
고 있다면 에테르 속을 지나가는 우리의 速力은 이보다 더욱 큰 것이다.“
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.6]
라는 태양 주위를 공전하는 지구를 생각할 때,
“한편 지상에 있는 관측자의 입장에서 본다면, 에테르는 지구를 스치며 지나가고 있는 것이 된다.”
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.6]
라는 것인데, 에테르의 역할로서
(1) “특수 상대성이론에서의 빛의 속도 c는 자유공간에서의 빛의 속도 3*10^8m/sec 이다.
물, 유리, 혹은 공기와 같은 모든 물질의 매질 속에서 빛은 자유공간에서의 속도보다 느리게 진행한다.“
(2) “이렇게 가상한 "에테르"의 성질로서, 빛 즉, 광파가 전달되는 장소에는 어디에나 존재하는 물질이
며, 광파는 에테르 속을 초속 30만 km로 전달되며, 우주의 방대한 공간에 가득차 있으며, 또 어느 정도
인지는 알 수 없지만 모든 물질 속에 존재한다는 것이다.“
광파가 전달되는 장소에는 어디에나 존재하지만, 물, 유리, 혹은 공기와 같은 모든 물질의 매질 속에서
빛은 자유공간에서의 속도보다 느리게 진행한다고 했다.
이것은 누구나 알고 있고 또한 인정하고 있는 사항이다.
다시 말해서 여기까지의 설명은 모두가 인정하고 공감할 것으로 생각한다.
3. 질점과 계
여기서부터 물리학에 관한한 두 부류로 나누어 질 수밖에 없다.
그것은 정통 물리학적인 측면에서 생각할 때 크게 나누어 Newton역학으로 불리우는 ‘질점역학적’인 경우
와 백진태가 주장하는 “계의 역학“ 입문이다.
그러나 당면한 과제는 Einstein교의 광신적 상대론자들과 그 좀비 일당과 백진태의 정통물리학의 비교가
먼저 선결문제다.
“한편 지상에 있는 관측자의 입장에서 본다면, 에테르는 지구를 스치며 지나가고 있는 것이 된다.”
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.6]
라고 했을 때, [그림 5] 의 간섭계 A 와 B 중 Michelson-Morley 의 간섭계는 어디에 위치해 있는가?
우주공간을 충만한 Ether 는 간섭계 A 와 B 중 어느 것을 스치고 지나가는가?
Einstein교의 광신적 상대론자들과 그 좀비 일당들은 Michelson-Morley 의 간섭계가 우주공간인 A 의
위치에 있는 줄 알고 “자유공간(우주공간)에서의 광속은 일정하다”는 주장을 하게 된 것이다.
정통 물리학파의 백진태 : Michelson-Morley 의 간섭계는 B 의 위치에 있다.
① 우주를 충만한 Ether 는 지구 대기를 관통할 수 없다.
② Ether 가 지구 대기를 관통한다면 대기중의 Ether 와 우주 공간의 Ether 가
다를 이유가 없다.
③ 그러나 진공중의 광속 c 와 공기중의 광속 c' 은 다르다.
④ 따라서 진공중의 Ether 는 지구 대기를 관통할 수 없다는 증명이 된다.
Einstein교의 광신적 상대론자들과 그 좀비 일당 : 생각도 못해 보았지만 간섭계는 A의 위치가 아닐까?
① " 여러번 말했지만 에테르가 있다거나 광속일정이 깨진다하더라도 그게 곧바
로 상대론의 존폐와 연결 되는건 아닙니다. 또한 마이켈슨 몰리실험이 에테르
드랙류도 통과한다해서 곧바로 에테르가 있다는 증거가 되는것도 아닙니다."
② "지금 당장 마이켈슨 몰리 실험이 엉터리였다고 판명나도 상대론에는 아무런
지장이 없습니다."
③ " 설령 에테르가 있다고 해서 특수상대론이 부정되는게 아닙니다. 특수상대론
은 반드시 빛과 관련된 이론이 아닙니다. 상대론은 시공에 관련된 이론으로 설
령 광속일정이 깨진다하더래도 상대론 자체가 깨지는게 아닙니다. "
④ "그런데 문제는 실험적 증거죠. 에테르가 있다는 증거도 없고 그러니 에테르가
지구대기와 상호작용한다는 증거도 없습니다."
정통 물리학파의 백진태 주장은 지구 대기 내의 실험실에서는 외계의 Ether 에 대한 지구의 운동을 관측
할 수 없으며 결국 간섭계 B 의 위치에서는 Ether 의 존재 실험을 할 수 없으므로 Michelson-Morley 는
간섭계를 만들었다는 점은 인정하지만 실험은 하지 않았다는 결론을 얻는다.
이것은 이미 오래 전에 Newton 선생도 밝힌 바 있다. 즉,
" '배 안'에서 어떤 실험을 하더라도, 배가 물위를 달리고 있는지 어떤지를 판정할 수 없다. 마찬가지로,
지구위에 있는 우리들은 '지구위'에서 어떤 실험을 하더라도 "에테르" 속을 통과하는 지구의 운동을 발견
할 수는 없다. "
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
여기까지는 “계의 정의”에 따른 개방계 혹은 열린계[系:open system] (외계와의 사이에 물질과 Energy
출입이 가능)에 대한 개념이며, 이러한 예로는 <대기로 둘러싸인 지구> 나 <껍질을 벗긴 포도알> 등을
들 수 있다.
좀 더 우리생활에 밀접한 예를 들기 위해서는 밀폐계 혹은 닫힌계[系:closed system] (Energy 만 이동이
가능)를 들면 이해하기가 더욱 쉽다.
밀폐계 혹은 닫힌계의 예로는 창문을 모두 닫은 기차, 비행기, 버스, 우주선 등이 있는데 일부에서는 상대
성이론을 설명하면서 확실한 설명도 없이 은근슬쩍 이러한 것들을 예로 드는 경우를 본다.
질점적인 것과 계인 경우를 비교하여 살펴보자.
이를테면 바람개비를 만들어 하나는 질점적인 차에 설치하고, 다른 하나는 “계”를 이루고 있는 기차 내에
설치한다.
[그림 6] 질점과 계의 비교(바람개비)
질점적인 차와 “계”를 이루고 있는 기차가 동일 속도 v로 운동을 한다고 할 때, 바람개비 A 는 차의 속도
에 따라 회전을 하게 된다.
예를 들어서 자전거 앞에 바람개비를 달고 달리면 바람개비는 회전을 한다는 이야기이다.
그러나 기차 내의 바람개비는 기차가 아무리 빨리 달려도 내부 공기가 정지해 있기 때문에 회전을 할 까
닭이 없다.
즉, 기차 밖의 외계와는 달리 기차 내부라는 독립된 공간을 갖고 그 독립된 공간인 기차 내부에서는 바람
이 불지 않기 때문이다.
이번에는 Michelson-Morley 가 인용했던 강물의 흐름을 비유하면 어떻게 될까?
이것도 [대기로 둘러싸인 지구]를 생각하면 두 가지 경우로 나누어 생각할 수 있다.
먼저 질점적인 경우 즉, 지구의 대기층을 모두 제거하여 달과 같이 대기가 없는 상태인 경우의 [그림 3]
과, [대기로 둘러싸여] “계”를 이룬 [그림 4]인 지구의 비교이다.
[그림 7] 의 A 그림은 지구를 질점적으로 생각하여 지구의 공전으로 인하여 외계를 충만한 Ether 가
Michelson-Morley 간섭계가 위치한 지구의 표면을 스쳐 지나간다는 비유의 강물(Ether) 그림이고,
[그림 7] 의 B 그림은 [대기로 둘러싸인 지구] 를 “계”의 표현 즉, 닫혀진 상자로 비유하여 상자가 강물
(Ether) 의 속도로 흘러가지만 그 내부에서는 어떤 흐름도 없는 경우를 비유한 것이다.
[그림 7] 강물의 흐름에 비유
[그림 7]에서 A 는 강물의 속도 v 와 광속 c 가 합성을 이루는 그림이며 Michelson-Morley 의 계산은
이 경우를 생각한 것으로 광원에서 발생된 빛에 대해 속도 v 로 접근하거나 멀어지는 관측자의 속도
즉, 강물의 속도에 비유된 v 와 광속 c 의 합성을 나타내는 것이다.
백진태는 왜? 관측자도 없는 강물의 속도일 뿐인데 관측자의 운동 상태를 이야기하는가?
그것은 상대운동의 의미를 알아야 한다.
바람이 없는 날 관측자가 정지해 있다면 바람과 관측자는 아무 상대운동도 없다.
그러나 관측자가 앞으로 운동을 한다면 공기의 입장에서는 관측자가 정지해 있고 공기 즉, 바람이 관측자
에게로 부는 것과 같은 역할을 한다는 것이 상대운동의 개념인 것이다.
이러한 예로는,
“움직이는 자동차 안에 앉아 있을 때에는 바깥의 가로수가 움직이는 것처럼 보이는 것은 상대 운동 때문
입니다.“
[http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3549784&cid=58598&categoryId=58618]
[어린이 백과]
"당신이 지금 다리 위에 있다고 가정한다. 그 다리 밑에는 천천히 흐르는 냇물이 있고, 당신은 그 물을
내려다 보고 있다. 물에 비친 당신 자신의 그림자를 보고 있으면 어느 사이엔지, 흐르는 것은 당신 자신과
다리이고, 물은 완전히 정지해 있는 것 같이 생각될 것이다."
[상대성원리. 위의 책. p.77]
이것은 강물의 흐름에 비유된 운동 관측자의 의미를 갖는 것으로
c+v : 빛에 대해 접근하는 관측자 (음파에서 음원에 대해 접근하는 관측자와 같음)
c-v : 빛에 대해 멀어지는 관측자 (음파에서 음원에 대해 멀어지는 관측자와 같음)
의 의미를 갖기 때문에 관측자의 상태를 이야기한 것이다.
물론 “광속일정의 원리”라는 것은 이러한 빛의 속도가 합성이 되지 않고 항상 c 일 뿐이라는 것으로,
Michelson-Morley 가 [대기로 둘러싸인 지구]라는 실험 환경을 이해 못한 결과로 얻어진 오류일 뿐이다.
그 원인은 A 의 질점적 실험이 아닌 B 의 “계” 내에서의 실험에 기인한 것이다.
이러한 이유로 “광속일정의 원리”를 이야기할 때, “관측자의 속도”를 넣어야 한다는 것이다.
아무리 설명해야 뭘 알겠냐마는....쯧!!!
한편 “계”를 이룬 닫혀진 상자인 경우는 상자 자체가 강물의 속도 v 로 흘러가지만 상자 내부에서는 강물
의 흐름이 없기 때문에 상자 내부의 배 즉, 빛의 속도 c 는 합성이 될 까닭이 없다.
정지한 강물 즉, 정지한 관측자에게 빛이 아무렇게나 온들 그것이 무엇과 속도합성을 한단 말인가?
이런 당연한 이야기를 특별한 것처럼 생각한 Einstein의 광속일정이란 것은 무식의 자랑일 뿐이다.
이제 Michelson-Morley 는 [그림 5]의 간섭계 B 와 [그림 6] 에서 “계” 인 기차의 바람개비 B, [그림 7]
의 닫혀진 상자의 내부에서 B 와 같은 상황의 실험을 한 것인데, 이것을 A 에 대한 실험인 것으로 오판하
여 말도 안되는 거짓 결론을 얻은 것이 “광속일정의 원리”인 것이며, Einstein 교의 광신자들과 그 좀비
일당들이 성서로 믿고 있는 것이다.
정통 물리학파의 백진태는 분명히 말해 두지만, Einstein 교의 광신자들과 그 좀비 일당들과 일부 상대론
을 부정하는 자들도 “광속일정의 원리” 어쩌고 운운 한다면 무조건 날라리 물리쟁이로 보면 된다.
위의 글에서 주의해 보아야 한다는 두 가지 내용을 잘 보기 바란다.
첫째, 자유공간에서의 빛의 속도
둘째, 관측자의 운동 상태
자유공간이라 하는 것은 진공의 우주 공간을 의미하는 것으로
“세계 최초의 인공위성은 1957년 10월 4일에 옛 소련 땅에서 발사된 스푸트니크(러시아어로 동반자라는
뜻)1호입니다. 스푸트니크 1호가 지구궤도에 성공적으로 들어가면서 인류의 우주시대가 개막되었습니다.“
인데, Michelson-Morley는 [그림 5]의 A 의 위치에서 간섭계 실험을 했다는 말인가?
Michelson-Morley 의 간섭계 실험이 행해진 것은 1881년이고 최초의 우주선이 1957년에 발사되었는데
Michelson-Morley 는 어떻게 자유공간(우주공간)의 광속을 운운 하는가?
말 같지도 않은 거짓말로 세계의 과학자들을 우롱하고 있는데도 Einstein 교의 광신자들과 그 좀비 일당
들은 무조건 “광속일정의 원리”를 주장하고 있다.
다시 한번 말하지만 이런 “불가촉 상대론자”들과 물리학을 이야기한다는 것은 학문적 모독이다!!!
자유공간(우주공간)의 광속이 어쩌고 하는 것은 [그림 1]에서의 외계 즉, 우주를 충만한 Ether 가 지구 대
기를 관통하여 실험실 벽도 관통하여 Michelson-Morley 의 간섭계를 스쳐지나간다는 생각에서 나온 것
임을 알아야 한다.
일부 Einstein 교의 광신자들과 그 좀비 일당들은
“아인슈타인의 논문에서,
“namely, that light is always propagated in empty space with a definite
velocity c which is independent of the state of motion of the emitting body.“
"이 가정이란, 한 관측자에 의해 측정되는 빛의 속도는, 그 광원이 관측자에 대하여 균일한 속도로 운동하
고 있는 한, 관측자에 대한 이 광원의 속도가 얼마이든 관계없이 늘 일정하다는 것이다."
[아인슈타인 1 . 장회익역. 전파과학사. 1993. p.95]
"이 원리가 말하는 것은 가령 우리가 빛을 발하는 손전등을 가지고 이것이 발하는 빛의 속도를 측정한다고
할 때, 이 빛을 발하는 손전등이 관측자에 대하여 아무리 빨리 움직인다고 하더라도 이 움직임에는 관계없
이 항상 동일하다는 것이다."
[아인슈타인 1. 위의 책. p.95~96]
이렇게 “광속일정”이라고 주장하려 하지만 이 정도 되니까 바보 소리 듣는다는 것이고 “불가촉 상대론자”
들이라는 소리를 듣는 것이다.
정지한 매질에 대해 운동하는 광원에서 또는 음원에서 발생된 빛이나 음파는 매질 특성에 따른 고유의 속
도로 전달된다는 아주 당연한 진리이지 가정이 아닌 것이다.
이 이야기의 핵심을 잊어서는 안된다.
둘째, 관측자의 운동 상태
가 없지 않는가?
저런 소리를 하려면 차라리
“파동은 매질의 특성에 따른 일정 속도를 갖는다.”
또는,
“매질이 정지해 있는 한 파동은 가속되지 않는다”
라고 해야 하는 것이다.
그러니까 파원이 아무리 가속운동을 한다 해도 파동의 속도는 매질 특성의 속도로 전달되는 것이다.
당연한 일이지만 음속도 또한 마찬가지이며,
"체렌코프 복사[Cherenkov radiation]
체렌코프복사는 전자와 같은 대전된 입자가 유전체 안에서 그 물질 안에서 빛의 (위상)속도보다 빠르게 움
직일 때 생기는 전자기파복사이다."
[네이버 지식백과] 체렌코프 복사 [Cherenkov radiation] (물리학백과, 한국물리학회)
체렌코프 복사[Cherenkov radiation]나 수면파의 선수파 역시 마찬가지이기 때문에 생기는 것이다.
4. Michelson-Morley 의 실험 개선방법
위의 [그림 5][그림 6][그림 7]에서 "계"의 상황인 B 의 원인을 알게 되면 당연히 간섭계를 A 즉, 질점적
상황의 실험으로 바꾸어야 한다.
그러나 우주 밖으로 실험 기구를 갖고 나가지 못할 바에는 "계"의 상황인 B에서 내부의 흐름을 만들어 주
어야 한다.
이러한 실험의 대표적인 예가
“피죠는 150cm 길이의 유리관속에 700cm/초 의 속도를 갖는 물의 흐름을 주어 0.46줄무늬의 이동을 관
측하였다.”
" This experiment was later repeated by Michelson with improved apparatus consisting
essentially of an adaptation of his interferometer to this type of measurement.
He observed a shift corresponding to an alteration of the speed of light by 0.434 times
the speed of the water."
[Francis A. Jenkins & Harvey E. White, Fundamentals of Optics(Forth Edition).
McGRAW-HILL, KOGAKUSHA, 1965. p.413]
“1859년 피죠에 의해서 행해진 측정은 이 목적에 따른 것이었다.
그는 흐르는 물을 사용하여 물속을 물과 같은 방향으로 나아가고 있는 광선의 속도를 측정했고,
다음에는 물의 흐름과 반대 방향으로 나아가는 광선의 속도를 측정했다.
그 결과, 물속에서 광속도는 물의 흐르는 속도에 영향을 받는다는 사실을 발견했다.
즉, 그 결과는 마치 물이 에테르를 끌어당기는 것같이 생각하게 되었다.
그 에테르의 양은 프레넬의 견인계수에서 주어진 것과 똑같은 양이었다.“
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
여기서 중요시해야 할 사항은 무슨 견인계수니 뭐니의 문제가 아니라 “계” 내부에서의 흐름을 만들어 주
었다는 것으로, Michelson-Morley 와 같이 “계”를 이루고 있는 지구 대기 내에서는 외계의 Ether 흐름
을 관측할 수 없다는 것이 중요한 것이다.
따라서 Michelson 자신도 물의 흐름에 따른 광속의 변화를 확인하였다면 자신의 실험 환경 즉, “대기로
둘러싸인 지구” 내에서는 외계의 Ether 흐름을 관측할 수 없다는 것을 인정하고 내부의 흐름을 만들어 광
속이 변한다는 결과에 대해 숙고를 했어야 했다.
물론 이러한 실험의 정당성을 부여할 근거는 있다.
“이렇게 가상한 "에테르"의 성질로서, 빛 즉, 광파가 전달되는 장소에는 어디에나 존재하는 물질이며,
광파는 에테르 속을 초속 30만 km로 전달되며, 우주의 방대한 공간에 가득차 있으며, 또 어느 정도인지는
알 수 없지만 모든 물질 속에 존재한다는 것이다.“
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
이와같이 빛은 Ether 라는 가상적 매질을 통하여 전달된다면, 빛이 전달되는 곳이나 물질 모두 Ether 가
있다는 것을 의미하고, 물이나 공기의 흐름에 따라 광속이 변한다면 당연히 Ether 의 속도에 따라 광속이
변한다는 것을 증명하는 것이기도 하다.
Michelson-Morley 의 실험 개선방법을 요약하면,
첫째, 간섭계를 Ether 가 스쳐지나갈 외계로 들고 나가는 방법(우주선 내부에 놓으면 안된다)
둘째, “계” 내부에서 인위적인 흐름을 만들어 줄 것(선풍기라도 틀어 놓으라는 것이다)
의 두 가지 방법이 있다.
위의 두 가지 방법이 아니고서는 Michelson-Morley 간섭계에 나타난 다음과 같은 줄무늬의 이동은
[그림 8] Michelson-Morley 간섭계로 나타나는 간섭줄무늬
기대한다는 자체가 어불성설이라는 것이다.
간섭계의 한쪽 경로를 고주파 가열관을 통과시켰을 때 파도가 밀려가는 듯한 간섭무늬의 이동을....!!!
생각이나 해 보았는가?
Dollinstein 교의 광신자들 중에는 광속의 합성이 무슨 뜻인지도 모르고 요즈음 발전된
Michelson-Morley 간섭계를 이용하면 유체의 흐르는 속도를 세밀하게 측정할 수 있다든지,
레이저를 이용하면 운동체의 속도를 정밀하게 측정 가능하다고 열변을 토한다.
멍청이!!!
그것이 광속의 속도 합성의 증거라는 것도 모른다.
진짜 돌멩이!!!
5. 계의 표현
사실 “계”의 정의를 이야기했지만 이것은 오래전부터 물리학에서 취급되었던 내용인데 사람들이 그 내용
을 허술하게 생각했던 것 뿐이다.
“계”의 정의에 따른다면 분명히 외부와는 격리된 공간의 개념을 갖는 것에 대해서 표현해야 하는데,
그것이 좌표였던 것이다.
즉, 부피를 나타내는 방법이라는 것이다.
x, y, z 축과 x', y', z' 축으로 나타낸 것이 무엇을 의미하는가?
"관측자 S는 지구에 고정되어 있어서 그의 기준틀은 지구이고, 다른 관측자 S'는 지구에 대해 상대적으로
움직이고 있어서 --예컨대 움직이는 기차안의 승객-- 그의 기준틀은 기차라고 하자.
이들은 각각 같은 물체, 말하자면 움직이고 있는 공을 관측한다.
각 관측자는 자기의 기준틀에 대해서 측정한 변위, 속도, 가속도 등을 기록할 것이다.
그러면 이들의 측정값은 어떻게 비교할 것인가?
S'틀이 S틀에 대해서 일정한 속도 v로 운동하고 있는 경우를 생각하자."
[대학물리학. 인하대학교 출판부. 1974. p.60]
여기서 지구라는 고정된 틀이라는 S, 지구에 대해 상대적으로 움직이고 있는 기차라는 기준틀 S' 라는 것
이 “계”의 의미인 것이다.
"기준계 또는 기준틀이란, '계' 에 부여된 좌표의 한 조(예를들면, 서로 수직인 x, y 및 z축)를 말하며, 이
계에 연관시켜서 공간에서의 위치를 측정할 수 있다."
[일반물리학. 김태만외 6명저. 형설출판사. 1991. p.149]
이러한 “계”의 개념을 알게 되면 Lorentz 좌표변환에서 이야기하는 S계, S'계의 의미는 독립된 두 개의
공간을 의미하는 것이고 상대론을 이야기하려면 이렇게 독립된 두 공간 사이의 어떠한 사상을 나타내는
것이어야 함을 알겠는가?
하나의 “계”인 지구 대기 내에서 운동하는 μ-meson 이라든지 가속입자나 우주선등은 좌표변환으로 표현
된 어떠한 수식으로도 나타낼 수 없는 것이다.
질점의 운동을 다룬 Newton 역학일 뿐이다.
6. 계의 역학
Newton역학은 질점[material point, 質點](물체의 질량이 총집결한 것으로 간주되는 이상적인 점)역학이
라 한다면, “계” 에 관한 것은 지구상에서 생각해 본 사람이 없다.
이것은 백진태도 예외가 아니다.
생각만 했을 뿐 실험을 할 상황이 못 되기 때문이다.
쉽게 이야기 하자면 로또가 안 맞는다는 이야기다.
“계”의 정의에 따른 구별을 하게 되면 Newton 제 3법칙을 수정해야할 상황이 아닐까 생각하게 된다.
지금은 상상 속에나 그려보는 희망 사항이지만 우주 공간에서 자신만의 속도를 측정할 방법을 이야기 하
려면 그 필요성을 알려야 하겠기에 말하는 것이다.
먼 훗날 우리의 후손들은 우주여행을 하게 되겠지만 그 많은 연료를 어떻게 싣고 갈 것인가?
이것은 내부에너지를 이용하는 방법 밖에 없을 것으로 생각하기 때문에 “계의 역학”은 필요하다.
연료를 사용하여 작용-반작용을 이용하는 추진력은 한 방향으로의 운동이 가능하지만 내부에너지를 이용
할 경우에는 지그재그 [zigzag, stagger]의 운동이 불가피하므로 이때 자신의 진행 방향과 속도를 알기 위
해서는 새로운 속도 측정 방식이 필요하다. 물론,
“즉, 정지 에테르는 우주에서 움직이지 않는 유일한 것이므로, 절대운동을 하고 있다. 실제로 별이나 혹
성으로부터 아주 멀리 떨어져 있어서, 자기가 움직이고 있는 속도를 측정하기 위한 기준점으로 삼은 것
이 아무것도 없다면, 우주 공간에 단 혼자 있는 당신이 움직이고 있는지 움직이지 않는지 결코 알 수
없다.”
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
이러한 상대운동의 개념도 틀린 것을 알게 된다.
[그림 5][그림 6][그림 7]의 내용을 비교해 보면 Michelson-Morley 의 간섭계를 밀폐계 혹은 닫힌계(예로
는 창문을 모두 닫은 기차, 비행기, 버스, 우주선 등)의 외부에 설치하면 즉, A 위치에 설치하면 자신의
우주선이 자유공간(우주공간)에 대하여 어떤 속도로 운동하는지를 알 수 있게 된다.
다시 말해서 “계” 내의 B 의 위치가 아닌 A 의 위치에 간섭계나 바람개비를 설치해야 자신만의 속도를 알
수 있다는 이야기다.
이것은 매질의 유무를 떠나서 빛이 진공 중을 전파한다는 것과 빛의 속도가 가속 받지 않고 일정하다는
것으로 어느 거리를 전달되는 데에는 시간이 걸린다는 것을 이용하는 것이다.
나의 블로그 앞에서도 말한바 있지만, Michelson-Morley 간섭계로 운동속도를 측정하기에는 사용에 있어
서 불편한 점이 있다.
차라리 단순 간단한 개념의 장치가 필요한 것이다.
상, 하 두 쌍의 CD(Compact Disc)와 같은 원판을 속도가 v 인 우주선의 외부에 설치할 경우,
[그림 9] 우주선 자신의 속도 측정
두 원판 사이의 거리 L 을 일정하게 한다면 빛은 진공 중에서의 광속 c 이므로 왕복하는데
2L/c = t 라는 시간이 걸린다.
반사된 빛의 도착점과 원점(광원)에서의 거리 x 를 측정한다면 우주선은 t 라는 시간 동안에 속도 v 로 x
라는 거리를 운동한 것이 된다.
따라서 우주선의 속도 v 는
v = x/t = c*x/2L
의 값으로 나타난다.
이러한 속도 측정은 공기가 없는 우주공간에서 피토관 [-管, Pitot-tube, Pitot-Rohr]을 사용할 수 없다는
점과 지그재그 [zigzag, stagger]의 운동이라는 특수성 대문에 반드시 필요한 속도측정법이다.
그렇다면 왜?
“실제로 별이나 혹성으로부터 아주 멀리 떨어져 있어서, 자기가 움직이고 있는 속도를 측정하기 위한 기준
점으로 삼은 것이 아무것도 없다면, 우주 공간에 단 혼자 있는 당신이 움직이고 있는지 움직이지 않는지
결코 알 수 없다.
아인슈타인이 주목했던 것은 다음과 같은 사실이다. "모든 운동"은 상대적인 것이다(그러므로 상대성이론이
라는 명칭이 붙어 있다). 절대운동이라는 것은 결코 취급할 수 없다. 다른 무엇에 대한 운동만이 문제다.“
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
“우주 공간에 단 혼자 있는 당신이 움직이고 있는지 움직이지 않는지 결코 알 수 없다.”
라고 했을까?
당연히 [그림 5]나 [그림 6][그림 7]의 B 와 같이 실험장치(간섭계)를 “계” 내에 설치했으니 외계에 대한
나의 운동을 알 수가 없지!!!
그러니 Michelson-Morley 는 실험을 하지 않았다는 것이고.....
[그림 5]나 [그림 6][그림 7]의 A 와 같은 위치에 실험장치(간섭계)를 설치하면 당연히 c+v, c-v 의 결과가
나오는 것이지...!!!
무슨 말인가 하면 장치를 “계” 외부에 설치해야 외계에 대한 나의 운동속도를 측정할 수 있다는 것이다.
“이러한 에테르 속을 천체가 움직이고 있는지 어떤지를 어떻게 하면 알 수 있을까?
지금 우리가 배에 타고 있다면, 그 배가 움직이고 있는 것은 배 옆의 물이 움직이고 있는가 어떤가를 봐서
알 수 있다.
그런 것은 뱃머리의 물결을 보거나 물속에 손을 넣어 보면 간단하게 알 수 있다.
그리고 물이 배의 주위를 흐르고 있으면, 배는 물 속을 지금 움직이고 있다고 생각할 수 있다.
이것이야 말로 과학자가 에테르를 발견하는 데에 쓴 방법이다.“
[상대성원리. 박봉렬감수. 현암사. 1974. p.15~~72 요약]
우주선 외부에 [그림 9]와 같은 장치를 한다는 것은 “물속에 손을 넣어 보면 간단하게 알 수 있다” 는
내용이기도 하다.
불행한 사실은 “이것이야 말로 과학자가 에테르를 발견하는 데에 쓴 방법이다.“ 라고 하지만 지난 100여
년 동안을 이 방법을 생각도 못하고 있었던 것이다.
왜? 그랬을까?
독립된 공간의 의미인 “계”에 대한 개념이 없었기 때문에 왜? 간섭무늬의 이동이 없었는가에 대한 원인을
알 수 없었기 때문에 “계”에 대한 연구를 못한 것이다.
멍청한 상대론자들!!!
뭔 “광속일정”???
단언하지만 “계” 내부에 설치한 어떤 종류의 장치라고 해도,
“일년 내내 계절을 달리하여 실험을 되풀이 해 보고 장소를 바꿔서도 해 보았으며, 그리고 또 다른 종류의
실험도 같은 목적으로 해 보았으나 결론은 언제나 동일하였다.”
[현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. P.9]
가 아니라, 대(代)를 이어 실험을 해도 c+v, c-v 의 결과가 나올 수 없다니까 !
날아가는 비행기 안에서의 음속도를 측정해 보라!!
(음속도+비행기 속도) 또는 (음속도-비행기 속도) 가 나올 것 같은가?
계절을 달리하고 위치를 바꾸고 대(代)를 이어서 음속도를 측정해 보시지???
아니 비행기가 가속운동을 한다고 해도 비행기 내부의 매질이 변하지 않는 한
음속도는 변함이 없다니까!!!
“계” 내에서의 파동 속도는 “계” 내의 매질 특성에 따른 속도일 뿐이라고...~~~!!!
[결론]
Michelson-Morley는 [대기로 둘러싸인 지구] 라는 개방계 혹은 열린계[系:open system] (외계와의 사이
에 물질과 Energy 출입이 가능)의 환경을 몰랐기 때문에, “계” 외부의 우주공간에서의 Ether 흐름을 발견
할 수 없었던 것이며, “광속도 일정의 원리” 라는 외삽(外揷)적인 결론을 얻은 것이다.
따라서 그들의 결론은 모두 수정되어야 하며, 이제까지도 등한시 해 왔던 “계”의 역학적인 부분은 연구되
어야 한다.
결론적으로 이야기하자면,
백진태 물리학에서는 한 계 내에서의 두 운동체인 관측자와 빛은 c+v, c-v 라는 속도합성이 이루어진다는
의미이고, Dollinstein 교의 주장은 무조건 c 라는 것이다.
따라서 백진태 물리학에서는 (1+v/c) 또는 (1-v/c) 라는 수식을 사용할 수 있으나,
Dollinstein 교의 광신도들은 이러한 수식을 사용하면 안 되는 것이다.
이 식을 다시 쓰면 (c+v)/c 또는 (c-v)/c 가 되어 광속은 일정하므로 c+v, c-v 가 될 수 없기 때문이다.
무조건 c 라는 것이 상대론이라고....!!!
광속일정이라는 의미 자체도 모르고 쓰면서 상대론이 아름답고 뭐 물리학의 어쩌고....크크!!!
첫 단추를 잘 못 끼우면 옷을 입지 못하는 것과 같이 상대성이론으로 나타난 좌표변환의 뜻을 이해하기
위한 “계”의 개념이 Michelson-Morley 의 실험 환경에서 시작되기 때문에 그들의 실험이 중요한 것이다.
백진태는 위의 내용을 한국 물리학회에서 2회에 걸쳐 발표한 바 있고 인터넷에서도 계속 피력한 바 있지
만 나는 조국의 과학발전을 어떠한 도움도 주지 못했다.
중국이나 일본의 유학생 분들은 위의 설명 내용을 숙지하시고, 귀국의 과학 발전과 인류의 과학 발전을 위
해 노력해 주시기를 바란다.
다음은 수식적 내용에 대해 (교육용)으로 다룰 예정이다.orley
의 실험(교육용)