[論文レビュー] A New Cosmological Model for the Visible Universe and its Implications

Branislav Vlahović|arXiv (Cornell University)|May 24, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、一般相対性理論が強い重力場で光が曲げられることを考慮すると、可視宇宙が中心の球体ではなく、半径4.46 Gpcの薄い拡張する球殻であるという画期的な宇宙論的モデルを提唱している。これは半径14.3 Gpcの光子球内での重力的光の屈曲に起因する。このモデルはインフレーション、ダークエネルギー、ダークマターを一切用いず、相対論的重力効果と曲がった時空幾何学によって、宇宙背景放射の等方性、ハッブル定数（67.26 ± 0.90 km/s/Mpc）、Ia型超新星の赤方偏移、およびエントロピーの不一致を説明する。

ABSTRACT

Assuming that the universe is homogenous and isotropic and applying Gauss' flux theorem for gravity, it follows that the gravitational field of the visible universe can be calculated as if the entire mass of the visible universe is located in one point. Taking into account that the mass of the visible universe is M=2x10^{53} kg, it appears that the entire visible universe is inside a {\it photon sphere} of radius R_{ps} = 14.3 Gpc. The current model for the visible universe must be corrected to account for the fact that measured horizon distance of 14.0 \pm 0.2 Gpc is not a straight line. Rather it is an arc of a circle with that length, because all photons are inside the photon sphere. Our model interprets the visible universe as a surface of a sphere (or an inside of a sphere shell) with radius 4.46 \pm 0.06 Gpc and an event horizon, located on that sphere (shell), with size of 14.0 \pm 0.2 Gpc. The model predicts CMB redshift and time dilatation of Type Ia supernovae by gravitation. It explains, without inflation theory, the isotropy and uniformity of the CMB. It predicts the correct value for the Hubble constant H_0 = 67.26 \pm 0.90 km/s/Mpc, the cosmic expansion rate H(z) in agreement with observations, and the speed of the event horizon. Through relativistic energy correction, our model also provides an explanation for critical density without use of dark matter. It explains that Type Ia supernovae redshifts are not related to the accelerated expansion of the universe and dark energy. It explains the reason for the established discrepancy between the non-covariant version of the holographic principle and the calculated dimensionless entropy (S/k) for the visible universe, which exceeds the entropy of a black hole. The model is in agreement with the distribution of radio sources in space, Type Ia data, and data from the HUDF optical and near-infrared survey.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論が強い重力場で光が曲がることを予測しているにもかかわらず、可視宇宙を直線的光路を伴う中心の球体として扱う標準モデルにおける矛盾を解消すること。
• 宇宙インフレーションを仮定せずに、宇宙背景放射（CMB）の観測された等方性と均一性を説明すること。
• 重力場の対称性とガウスのフラックス定理に基づく相対論的で曲がった時空幾何学のモデルを用いて、測定されたハッブル定数と宇宙膨張率H(z)を再現すること。
• ホログラフィック原理と可視宇宙のエントロピーの顕著な不一致を、幾何的構造の再定義によって説明すること。
• 観測された赤方偏移と密度パラメータがダークエネルギーとダークマターを必要とせず、重力赤方偏移と相対論的エネルギー補正によって生じることを示すこと。

提案手法

• 宇宙が均一かつ等方的であると仮定し、重力に対するガウスのフラックス定理を適用して、可視宇宙の全質量（2×10⁵³ kg）を中心点に集中しているとみなす。
• R_ps = 3GM/c² を用いて光子球半径を計算し、R_ps = 14.3 Gpc を得る。これは、この半径内に存在するすべての光が曲がった円軌道を描くことを示している。
• 測定された粒子視界距離（14.0 ± 0.2 Gpc）を、半径4.46 Gpcの円周に沿った弧長と解釈し、径方向の直線距離とは見なさない。
• 可視宇宙を、半径4.46 Gpcの薄い三次元球殻としてモデル化し、銀河や光が表面でのみ伝播するとみなす。
• 相対論的エネルギー補正を用いて、ダークマターを用いずに臨界密度を説明し、重力ポテンシャルを介して赤方偏移と時間の遅れ効果を導出する。
• このモデルを用いてIa型超新星のデータ、CMBの赤方偏移（z=1166）、電波源の数を説明し、観測結果と整合することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙背景放射（CMB）が空の至るところに均等に分布しているのはなぜか。これは宇宙インフレーションを仮定せずに説明可能だろうか？
• RQ2 光が重力によって曲げられるという事実を考慮すると、測定された粒子視界距離14.0 Gpcが、なぜ径方向の直線距離ではなくなるのか？
• RQ3 ダークエネルギーや加速膨張を仮定せず、観測されたハッブル定数と宇宙膨張率H(z)を再現できるだろうか？
• RQ4 ブラックホールのエントロピーを上回る可視宇宙のエントロピーは、非共変的ホログラフィック原理とどのように調和できるか？
• RQ5 一般相対性理論と重力レンズ効果を正しく考慮した場合、可視宇宙の真の幾何的構造は何か？

主な発見

• 可視宇宙は半径14.0 Gpcの球体ではなく、半径4.46 Gpcの薄い球殻である。測定された視界距離14.0 Gpcは、円周に沿った弧長にすぎない。
• このモデルはハッブル定数H₀ = 67.26 ± 0.90 km/s/Mpcを予測し、プランク衛星およびWMAP7の測定値と極めて良好に一致する。
• 宇宙背景放射（CMB）は、この球殻の反対側の一点から発せられ、インフレーションを仮定せずして等方性を説明できる。
• このモデルはCMBの赤方偏移をz = 1166と説明し、Ia型超新星の時間の遅れ効果を、宇宙の膨張ではなく重力赤方偏移によって説明する。
• 相対論的エネルギー補正を重力場に適用することで、ダークマターを用いずに臨界密度と欠落質量を説明できる。
• 観測された超新星の赤方偏移は、ダークエネルギーも加速膨張も必要とせず、球殻モデルにおける力学的および重力的効果によって説明できる。