[論文レビュー] A Quantum Cosmology: No Dark Matter, Dark Energy nor Accelerating Universe

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Sep 18, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 30被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、情報理論的前幾何学に基づく量子宇宙論モデルを提案する。このモデルでは、重力定数 G と微細構造定数 α の2つの結合定数を持つ動的3次元空間から、空間と重力が出現する。このモデルは、ダークマターもダークエネルギーも仮定せず、渦巻銀河の回転曲線、ブラックホール質量、ボアホール g 異常、超新星およびGRBの赤方偏移データを説明できる。観測と一致するパラメータフリーのハッブル膨張を導出し、標準の ΛCDM モデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、ΩDM=0.27）が誤った GR-FLRW 動力学の結果として生じる誤った結果であることを示す。

ABSTRACT

We show that modelling the universe as a pre-geometric system with emergent quantum modes, and then constructing the classical limit, we obtain a new account of space and gravity that goes beyond Newtonian gravity even in the non-relativistic limit. This account does not require dark matter to explain the spiral galaxy rotation curves, and explains as well the observed systematics of black hole masses in spherical star systems, the bore hole $g$ anomalies, gravitational lensing and so on. As well the dynamics has a Hubble expanding universe solution that gives an excellent parameter-free account of the supernovae and gamma-ray-burst red-shift data, without dark energy or dark matter. The Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) metric is derived from this dynamics, but is shown not satisfy the General Relativity based Friedmann equations. It is noted that General Relativity dynamics only permits an expanding flat 3-space solution if the energy density in the pressure-less dust approximation is non-zero. As a consequence dark energy and dark matter are required in this cosmological model, and as well the prediction of a future exponential accelerating Hubble expansion. The FLRW $Λ$CDM model data-based parameter values, $Ω_Λ=0.73$, $Ω_{DM}=0.27$, are derived within the quantum cosmology model, but are shown to be merely artifacts of using the Friedmann equations in fitting the red-shift data.

研究の動機と目的

• ダークマターもダークエネルギーも仮定しない前幾何的量子宇宙論の構築を目的とする。
• ホライズン問題の解決と、重力を量子電磁力学と統合するため、動的3次元空間モデルによる統一を目的とする。
• 観測された ΛCDM モデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、ΩDM=0.27）が、GR-FLRW 宇宙論において誤ったフリードマン方程式を用いた結果として生じる誤った結果であることを示す。
• 重力を量子ホモトピー場理論（QHFT）から出現させ、等価原理とニュートン力学的重力が古典的極限で現れることを示す。
• エネルギー密度がゼロであってもハッブル膨張が発生することを示し、これは GR-FLRW の要請とは対照的である（膨張を駆動するには非ゼロのエネルギー密度が必要とされる）

提案手法

• 空間、時間、量子物質が確率的過程から出現する情報理論的原理に基づく前幾何的系として宇宙をモデル化する。
• 量子ホモトピー場理論（QHFT）を用いて、3次元空間の量子泡沫構造を記述し、量子物質を位相的欠陥として記述する。
• 動的3次元空間の最小限の古典的場理論を構築し、2つの結合定数（G と微細構造定数 α）を導入する。
• シュレーディンガー方程式およびディラック方程式を動的3次元空間に一般化し、出現する重力と等価原理を導出する。
• フリードマン＝リーマン＝ロバートソン＝ウォーカー（FLRW）計量を3次元空間の力学から導出するが、一般相対性理論の標準的フリードマン方程式を満たさないことを示す。
• モデルのハッブル関数を超新星およびガンマ線バーストの赤方偏移データにフィットさせ、ダークエネルギーもダークマターも不要なパラメータフリーの一致を得る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前幾何的量子宇宙論は、ダークマターを仮定せず、銀河の回転曲線とブラックホール質量を説明できるか？
• RQ2 2つの結合定数（G と α）を持つ動的3次元空間モデルは、ダークエネルギーもダークマターも不要に、観測された宇宙論的データを再現できるか？
• RQ3 このモデルのデータに GR-FLRW をフィットした際に、ダーク成分が存在しないにもかかわらず、なぜ ΛCDM モデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、ΩDM=0.27）が出現するのか？
• RQ4 エネルギー密度が非ゼロでない状況において、動的3次元空間モデルはなぜハッブル膨張を説明できるのか？これは GR-FLRW の予測とは対照的である。
• RQ5 誘導された時空計量におけるリッチスカラー曲率の起源は何か？また、3次元空間が平坦であっても、時空の非平坦性を示唆するのか？

主な発見

• モデルは、超新星およびガンマ線バーストの赤方偏移データに対して、パラメータフリーの一致を達成し、ダークエネルギーもダークマターも不要なハッブル膨張を説明できる。
• 観測された ΛCDM モデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、ΩDM=0.27）は、根本的に異なる力学に基づくデータに GR-FLRW モデルをフィットした結果として生じる誤った結果であることが示された。
• 動的3次元空間モデルでは、エネルギー密度がゼロであってもハッブル膨張が可能であり、これは GR-FLRW が非ゼロエネルギー密度を膨張の駆動要因と要請するのとは対照的である。
• 微細構造定数 α は、ボアホール g 異常データおよびブラックホール質量データから独立に決定可能であり、これは量子電磁力学と3次元空間の力学の統一を示唆している。
• 誘導された時空計量のリッチスカラー曲率（R ≈ -96+24α / (4+α)²t²）は非ゼロであり、3次元空間が平坦であっても時空の非平坦性を示しており、時空構造が本質的ではないことを示している。
• 重力は動的3次元空間における量子物質の波動性から出現し、等価原理とニュートン力学的重力は古典的極限で現れる。これにより、重力の第一原理的導出が可能になった。