[論文レビュー] A Possible Universal Model without Singularity and its Explanation for Evolution of the Universe

Shihao Chen|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、対称的なs粒子とv粒子に基づく特異点のない宇宙論的モデルを提案する。S空間とV空間はヒッグス場期待値を除き同一である。宇宙の加速、インフレーション、ダークエネルギーは、互いの反発と相転移から生じる現象であり、初期特異点のない宇宙を提示し、質量赤方偏移や凹型レンズに類似した空洞といった観測可能な効果を予測する。

ABSTRACT

New hypotheses are proposed that there are s-particles and v-particles which are symmetric and mutually repulsive, there are S-space and V-space whose essential difference is only that their expectation values of the Higgs fields are different. In S-space the S-SU(5) symmetry is broken into S-SU(3)XU(1), and V-SU(5) symmetry still holds. As a consequence, s-particles get their masses determined by the SU(5) GUT and form the S-world, and v-particles are all massless and form SU(5) colour-single states which are identified with dark energy. The following results are obtained. There is no spacetime singularty, and there is the highest temperature in the universe. The creating process of one world is just the annihilating process of the other world in the highest temperature. A formula which well describes the luminous distance and redshift is obtained. The results of the Guth's inflationary scenario are obtained. Decelerated expanding early stage and accelerated expanding now stage of the universe are explained. New predictions are follows. Some huge cavities in V-space are not empty, in which there is s-matter with larger density, and are equivalent to huge concave lenses. The given tharacters of some huge cavities are well explained. The gravitation between two galaxies distant enough will lesser than that predicted by the conventional theory. A possible explanation for the big redshift of quasi-stellar objects is presented. Huge redshifts of quasars are mass redshifts. The universe is composed of infinite universal islands. It is possible that there is a new annihilating mode of black holes with their very huge masses, and there are very huge white holes which are different from that predicted by conventional theory.

研究の動機と目的

• 標準的宇宙論における時空特異点問題を、対称的かつ互いに反発するs粒子とv粒子を導入することで解決すること。
• 宇宙定数や微調整されたダークエネルギーを仮定せず、観測された宇宙の加速的膨張を説明すること。
• 相転移と対称性の破れに基づく一つの枠組み内で、初期の減速膨張と最近の加速膨張を統合すること。
• 質量ゼロのv粒子がV空間に存在する形でダークエネルギーを説明するメカニズムを提供すること。これは従来の真空エネルギーとは異なる。
• クェーサーにおける質量赤方偏移や、宇宙に存在する空洞で空でない、レンズに類似した構造といった、新しい天体物理学的現象を予測すること。

提案手法

• s粒子（質量を持つ、可視物質を形成）とv粒子（質量ゼロ、ダークエネルギーを形成）という2つの対称的粒子を導入。S空間とV空間ではヒッグス場期待値が異なる。
• SU(5) GUT 対称性の破れを適用：S-SU(5) は S-SU(3)×U(1) に破れ、s粒子に質量を与えるが、V-SU(5) は破れず、v粒子は質量ゼロのままである。
• 宇宙を収縮とインフレーションのサイクルとしてモデル化。最高温度が到達すると、S世界とV世界が消滅・再生成する相転移が発生する。
• エネルギー密度の関数としての動的曲率k(ρ)を用いた修正フリードマン方程式を導出。これにより、動的な曲率が可能となり、減速膨張と加速膨張の両方を説明できる。
• ドーピラー赤方偏移や宇宙論的赤方偏移とは異なる、反発的ポテンシャルエネルギーと質量依存のシフトに基づく赤方偏移メカニズムを導入。
• 時間に依存するk(ρ)関数を用いて、開いた、平坦な、閉じた幾何学の間の遷移をモデル化。k=±1または0は、netエネルギー密度ρ=ρ_v−ρ_sに依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対称的かつ互いに反発する物質領域を用いて、時空特異点のない宇宙を構築できるか？
• RQ2 宇宙定数を仮定せず、減速膨張から加速膨張への観測された遷移をどのように説明できるか？
• RQ3 このモデルにおけるダークエネルギーの起源は何か？また、V空間における質量ゼロのv粒子とどのように関係するか？
• RQ4 クェーサーの赤方偏移を、宇宙論的またはドーピラー赤方偏移ではなく、質量赤方偏移として説明できるか？
• RQ5 v物質の観測的シグネチャは、大規模な空洞にどのような影響を及ぼすか？また、重力レンズ効果にどのように影響するか？

主な発見

• モデルは、宇宙における最大温度の存在を予測し、時空特異点を排除。ビッグバンはS世界とV世界の間の相転移に置き換えられる。
• 観測データと一致する光度距離-赤方偏移関係が得られ、ダークエネルギーや宇宙定数を仮定する必要がない。
• このモデルは、グルートのインフレーション的シナリオを再現しており、最高温度の相転移後に再加熱が起こり、急速な膨張が続く期間が存在する。
• 宇宙は初期に減速膨張を示し、現在は加速膨張を示すが、これは動的曲率k(ρ)とエネルギー密度の変化によって説明できる。
• S空間内に巨大な空洞が存在し、それらにv物質が存在すると予測され、凹型レンズとしての役割を果たす。これは、観測された大規模構造やレンズ異常を説明できる。
• 遠方の銀河間の重力的吸引は、このモデルでは一般相対性理論よりも弱くなると予測される。これはv物質による反発的効果のためである。