[論文レビュー] A Dust Universe Solution to the Dark Energy Problem

James G. Gilson|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 12被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、フリードマン方程式に基づく宇宙論的モデルを提案する。ダークエネルギーは、圧力がゼロで状態方程式 ωΛ = -1 であるダスト様の宇宙として説明され、観測データと正確に一致する。このモデルは、赤方偏移 z ≈ 0.8 で減速から加速への遷移を予測し、ダークエネルギー密度からの負の重力定数 (-G) の寄与によって駆動される。これは、宇宙定数を必要としない、宇宙の加速を説明する新しいメカニズムを提供する。

ABSTRACT

Astronomical measurements of the Omegas for mass density, cosmological constant lambda and curvature k are shown to be sufficient to produce a unique and detailed cosmological model describing dark energy influences based on the Friedman equations. The equation of state Pressure turns out to be identically zero at all epochs as a result of the theory. The partial omega, for dark energy, has the exact value, minus unity, as a result of the theory and is in exact agreement with the astronomer's measured value. Thus this measurement is redundant as it does not contribute to the construction of the theory for this model. Rather, the value of this omega is predicted from the theory. The model has the characteristic of changing from deceleration to acceleration at exactly half the epoch time at which the input measurements are taken. This is a mysterious feature of the model for which no explanation has so far been found. An attractive feature of the model is that the acceleration change time occurs at a red shift of approximately 0.8 as predicted by the dark energy workers. Using a new definition of dark energy density it is shown that the contribution of this density to the acceleration process is via a negative value for the gravitational constant, -G, exactly on a par with gravitational mass which occurs via the usual positive value for G. This paper also contains an appendix on dark energy dynamics with its own abstract.

研究の動機と目的

• フリードマン方程式に基づく一貫性のある宇宙論的モデルを構築し、宇宙定数を導入せずにダークエネルギーを説明すること。
• すべての時代で圧力が正確にゼロである宇宙において、観測された宇宙の加速と整合させること。
• 状態方程式 ωΛ = -1 を観測入力ではなく理論的予測として導出すること。
• t_c 時刻に発生する減速から加速への遷移（赤方偏移 z ≈ 0.8）を、幾何的かつ力学的メカニズムによって説明すること。
• ダークエネルギー密度の新しい解釈を導入し、負の重力定数 (-G) を通じて加速を引き起こすメカニズムを提示すること。

提案手法

• k=0 および正の宇宙定数を仮定したもとでフリードマン方程式を解き、Rindlerの定数 C = 8πGρr³/3 を用いて、すべての時代にわたる一貫性を保つ。
• 宇宙定数に関連する特徴的な長さスケール RΛ = (3/|Λ|)¹/² を定義し、フリードマン方程式を r, C, RΛ の項で再表現する。
• 負の重力定数 (-G) を加速の原因とする新たなダークエネルギー密度の定義を導入する。
• Rindlerの定数 C が時間的に一定であるという条件を用いて、時間に依存する質量および重力定数 G(r) を許容し、方程式の形を保つ。
• 正および負の重力的質量を有する二体系の力学的挙動を分析し、作用・反作用の対称性の運動論的基盤を検討し、ニュートンの第三法則の一般化形を導出する。
• 減速から加速への遷移時刻が、現在の宇宙時代のちょうど半分に一致することを導出する。これは本モデルの非自明な特徴である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 圧力がゼロのダスト宇宙モデルが、観測された宇宙の加速と ωΛ = -1 の測定値を再現できるか？
• RQ2 なぜ減速から加速への遷移が、ちょうど現在の宇宙時代の半分に発生するのか？このタイミングを説明できるか？
• RQ3 ダークエネルギーが負の重力定数 (-G) を通じて加速に寄与しつつ、フリードマン方程式と整合性を保てるか？
• RQ4 負の重力的質量を含む系における作用・反作用の対称性の物理的および運動論的基盤は何か？
• RQ5 観測された ωΛ の値は、入力として必要とされるのか、それともモデルの理論的構造から純粋に導出可能なのか？

主な発見

• 理論的結果として ωΛ = -1 が正確に予測され、観測からの入力は不要である。
• 減速から加速への遷移は、ちょうど現在の宇宙時代の半分に発生する。これは観測と整合するが、未だ説明のつかない特徴である。
• 遷移の赤方偏移は z ≈ 0.8 と予測され、ダークエネルギー観測者らが報告する範囲（0.5 < z < 1）と一致する。
• 本モデルは、負の重力定数 (-G) を通じて加速を引き起こすダークエネルギー密度の新たな解釈を導入し、正の G が引力をもたらすのと同様の役割を果たす。
• Rindlerの定数 C が一定を保つことにより、時間に依存する質量および重力定数 G(r) を許容し、フリードマン方程式の一貫性が維持される。
• 負の質量を含む重力的系においても、重心および分離ベクトルの運動論的幾何を適切に取り入れれば、作用・反作用の条件が破られないことが示された。