8.12 에너지 조건의 보편성

목차 ／ 제8장: 에너지 실 이론이 도전하는 패러다임 이론

독자 안내:
일반 상대성 이론에서 널리 쓰여 온 ‘에너지 조건’(약한/강한/지배적/널 조건)이 왜 오랫동안 보편적 제약으로 받아들여졌는지, 관측과 물리에서 어떤 지점이 그 견해를 흔드는지, 그리고 **에너지 실 이론(Energy Threads Theory, EFT)**이 그것들을 영(0)차 근사와 통계적 제약으로 어떻게 재정의하는지를 설명합니다. 선험적 공리 대신 **에너지 바다(Energy Sea)**와 텐서 지형이라는 통일 언어로 “허용되는 에너지와 전파”를 말하고, 여러 관측 간에 검증 가능한 단서를 제시합니다.

I. 표준 패러다임이 말하는 것

1. 핵심 주장:
   • 음(負)이 아닌 에너지, 광속을 넘지 않는 흐름: 어떤 관측자에게도 에너지 밀도는 음수가 아니어야 하며(약한 에너지 조건, WEC), 에너지 흐름은 빛의 속도를 초과하지 말아야 합니다(지배적 에너지 조건, DEC).
   • 중력은 전체적으로 ‘흡인적’이어야 함: 압력과 에너지 밀도의 결합이 기하를 발산시키지 않도록 하여 전반적 수렴을 보장합니다(강한 에너지 조건, SEC).
   • 광경로의 최저선: 광과 같은 경로를 따라 관측되는 에너지 밀도는 임의로 크게 음수가 되어서는 안 됩니다(널 에너지 조건, NEC / 평균 널 조건, ANEC). 이는 특이점 정리와 수렴 정리 같은 전역 결과를 지지합니다.
   • 많은 일반 정리를 가능케 함: 특이점 정리, 블랙홀 면적 정리, 임의의 벌크 ‘웜홀’이나 ‘워프 드라이브’ 같은 제어되지 않은 외관의 배제 등.
2. 왜 선호되는가:
   • 가정은 적고, 함의는 강함: 미시 물리가 불명확해도 기하와 인과에 넓은 제약을 둘 수 있습니다.
   • 계산·증명의 도구: 전역적으로 허용/비허용을 가늠하는 울타리로 작동합니다.
   • 직관과 합치: 에너지는 양(+)이고 신호는 초광속이 아니라는 상식과 맞습니다.
3. 어떻게 이해할 것인가:
   이 조건들은 고전적·점상·유효 제약입니다. 고전적 물질·복사가 뚜렷한 평균을 가질 때 타당합니다. 양자 영역, 강결합, 장거리 경로 적분 상황에서는 점상 진술 대신 평균 조건과 양자 부등식과 같은 더 온건한 버전이 필요합니다.

II. 관측에서의 어려움과 논쟁

• 음의 압력과 가속의 외관:
  초기 평탄화와 후기 우주 가속(인플레이션/암에너지의 표준 서사)은 강한 에너지 조건을 위반하는 유효 유체와 등가입니다. 강한 조건을 철칙으로 보면, 추가 실체나 미세 조정된 퍼텐셜이 필요해집니다.
• 양자 및 국소적 예외:
  카시미어 효과와 압축광은 유한한 시공간 영역에서 음의 에너지 밀도를 허용합니다. 이는 WEC/NEC의 점상 해석과 충돌하지만, 보통은 평균/적분 제약(짧게 음수, 길게 보전)을 만족합니다.
• 피팅에 나타나는 ‘팬텀’ :
  거리 계열 자료가 때로 구간을 선호하여 형식상 NEC/DEC를 건드립니다. 그러나 모든 **적색편이(Redshift)**를 계량 팽창 탓으로 돌린다는 가정에 의존합니다. 방향과 시선 경로 정보를 포함하면 결론은 약해집니다.
• 교차 프로브의 미세한 긴장:
  하나의 “양(+) 에너지–흡인적 중력” 관점으로 약한 렌즈 효과의 진폭, 강한 렌즈의 시간 지연, 거리 잔차를 동시에 맞추려면 자주 추가 자유도와 환경 항이 필요합니다. 점상 에너지 조건만으로는 전역 설명에 부족함을 시사합니다.

짧은 결론:
에너지 조건은 영차에서 신뢰할 만한 가드레일입니다. 그러나 양자 효과, 긴 전파 경로, 방향/환경 의존 앞에서는 보편성을 평균·통계 제약으로 격하하여 작고 재현 가능한 예외의 여지를 남겨야 합니다.

III. 에너지 실 이론에 의한 재서술과 독자가 체감할 변화

한 줄 요약:
점상 ‘에너지 조건’을 불가침 공리로 보지 않고, **에너지 실 이론(EFT)**은 텐서 안정성, 국소 전파 상한의 보존, **통계적 텐서 중력(STG)**의 삼중 제약으로 서술합니다.

• 안정성: **에너지 바다(Energy Sea)**의 텐서 상태가 불안정을 부르는 ‘무한 장력’이나 ‘무한 이완’을 보이지 않아야 합니다.
• 상한 보존: 국소 전파 상한, 즉 영차의 광속을 넘지 않습니다(초광속 없음).
• 통계 제약: 국소적·단시간의 음의 편차나 비정상 압력은 빌려 쓰고 되갚는 사건으로 허용하되, 무분산 경로(Path) 제약과 평균 부등식을 충족해야 하며 전체적으로 재정거래 없음을 지켜야 합니다.

이 틀에서는 초기/후기 ‘음의 압력’ 외관, 국소 음(負) 에너지 패치, 스케일을 가로지르는 관측이 하나의 베이스 맵 위에서 공존하며, 새로운 실체를 덧대지 않아도 됩니다.

직관적 비유:
에너지 조건은 항해 규칙과 같습니다.

• 영차: 해수면은 전반적으로 팽팽하고 선박의 최고 속도는 일정합니다(상한 보존). ‘순간이동’은 없습니다.
• 일차: 국소 해황은 느리게 하거나 밀어 줄 수 있으나(음/양 편차), 총 항로와 총 소요 시간은 평균 법칙을 따라야 합니다(경로·평균 제약).
• 통계적 텐서 중력은 해류: 함대의 밀도와 속도를 재분배하지만 영구 기관을 만들지 않습니다.

재서술의 세 가지 요점:

1. 격하: WEC/NEC/SEC/DEC를 영차의 경험 법칙으로 보고, 양자·장거리 경로 상황에서는 무분산 경로 제약과 평균 부등식이 전면에 섭니다.
2. ‘음의 압력’ 외관을 텐서 진화로 치환: 초기 평탄화와 후기 가속은 실제로 음의 압력을 지닌 신비한 성분을 요구하지 않습니다. 시선을 따라 텐서가 변하며 생기는 **경로 의존 적색편이(Redshift)**와 **통계적 텐서 중력(STG)**의 온건한 개작에서 나옵니다(8.3, 8.5 참조).
3. 한 장의 지도, 다용도, 재정거래 없음:
   • 같은 텐서 퍼텐셜 베이스 맵으로 거리 잔차의 방향성 미세 편향, 약한 렌즈의 대규모 진폭 차, 강한 렌즈 시간 지연의 미세 드리프트를 동시에 줄여야 합니다.
   • 데이터 세트마다 에너지 조건의 ‘특례 패치’가 필요하다면, 이는 통합 재서술을 뒷받침하지 않습니다.

검증 가능한 단서(예):

• 무분산 제약: 고속 전파 폭발(FRB), 감마선 폭발(GRB), 퀘이사 변광의 도착 시각/주파수 편이 잔차가 대역 간에 함께 움직여야 합니다. 색 의존 드리프트가 보이면 ‘경로 진화 제약’에 불리합니다.
• 방위 정렬: 초신성과 바리온 음향 진동의 미세한 방향 차이, 약한 렌즈 수렴과 강한 렌즈 지연의 작은 편향이 동일한 선호 방향으로 정렬되면, 보이는 ‘음의 압력’이 실제로 텐서 진화의 결과임을 시사합니다.
• 환경 동행: 더 구조가 풍부한 시선을 통과할수록 잔차가 조금 커지고, 보이드 방향에서는 작아집니다. 통계 제약 하의 빌리고 갚는 패턴과 부합합니다.
• 카시미어 유사 천문 에코: 국소 음의 편차가 존재한다면, 적분 Sachs–Wolfe 효과(ISW) 스태킹이나 약한 렌즈–거리 잔차 사이에 매우 약하지만 동방향의 상관이 나타나야 합니다.

독자가 체감하는 변화:

• 관점: 에너지 조건은 ‘철칙’이 아니라 영차 근사 + 평균·통계 제약입니다. 예외는 허용되지만 상호 상쇄되어야 하며 재정거래를 허용하지 않습니다.
• 방법: ‘예외=잡음’이 아니라 잔차 영상화로 접근합니다. 하나의 베이스 맵으로 여러 데이터에 공통인 미약하지만 안정적인 패턴을 정렬합니다.
• 기대: 거대한 위반을 찾기보다 아주 작고 재현 가능하며 방향이 일치하고 분산이 없는 편차를 찾고, 한 장의 지도가 다수 프로브를 설명하는지 점검합니다.

자주 받는 질문—짧은 답변:

• 초광속이나 영구 기관을 허용합니까? 아닙니다. 국소 전파 상한 보존과 재정거래 없음은 강한 제약입니다.
• 양(+)의 에너지를 부정합니까? 아닙니다. 영차에서는 인과와 양의 에너지가 유지됩니다. 허용되는 것은 국소·단시간의 음의 편차뿐이며 경로·평균 제약으로 상쇄되어야 합니다.
• 관측이 ‘에너지 조건 위반’을 입증합니까? 반드시 그렇지 않습니다. 거리를 하나로 파라미터화하기보다, 텐서 진화와 **통계적 텐서 중력(STG)**에서 기원하는 **적색편이(Redshift)**의 두 기여로 설명합니다. 방위·환경 단서가 맞지 않으면 먼저 파라미터화와 계통 오차를 의심합니다.

섹션 요약:
고전적 에너지 조건은 분명한 가드레일을 제공합니다. 그러나 그것을 보편 법칙으로 절대화하면, 양자 영역·장거리 전파·방향/환경 의존에 깃든 물리를 납작하게 만듭니다. **에너지 실 이론(EFT)**은 텐서 안정성, 불변의 속도 상한, 통계적 제약으로 허용 가능한 에너지와 전파를 다시 규정합니다. ‘음의 압력/에너지’ 외관은 무분산·평균 규칙에 묶이며, 하나의 텐서 퍼텐셜 맵이 프로브를 가로질러 잔차를 정합합니다. 인과와 상식을 지키면서 작지만 안정적인 예외를 읽을 수 있는 지형의 픽셀로 바꿀 수 있습니다.