[論文レビュー] A Simple Cosmological Model with Decreasing Light Speed

Juan Casado|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2003

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、時間とともに徐々に減少する光速度（c）を有する平坦で物質支配の宇宙論的モデルを提案する。このモデルは、ダークエネルギーもインフレーションも不要である。観測された赤方偏移-距離関係や宇宙背景放射の温度を再現し、タイプIa超新星の明るさの不足を説明し、コスモロジカル定数や指数的膨張を仮定しなくてもホライズン問題や平坦性問題を解決する。

ABSTRACT

An alternative model describing the dynamics of a flat Universe without cosmological constant and allowing a gradual change of c with time is proposed. New relationships of redshift vs. distance and cosmic background radiation temperature are given. Values for the Universal radius, matter density, Hubble parameter, light deceleration, cosmic age and recombination time are obtained. Distant SNeIa faintness is explained within this decelerating, matter-dominated Universe without invoking dark energy. Horizon, flatness and other problems of standard Big Bang cosmology are solved without the need of inflation. The top speed of any signal, force, particle or wave at any time is limited by the expansion speed of the Universe itself.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーとインフレーションを必要としない、標準ビッグバン宇宙論の代替案を提示すること。
• 指数的膨張を要件としないで、標準モデルのホライズン問題、平坦性問題、微調整問題を解決すること。
• ダークエネルギーを仮定せず、高赤方偏移のタイプIa超新星の観測された明るさの不足を説明すること。
• 時間に依存するcの枠組みにおいて、宇宙の年齢、ハッブルパラメータ、物質密度、再結合時刻の整合的な値を導出すること。
• 任意の時点で宇宙の普遍的スピードリミットが、その時点での宇宙の膨張速度によって決定される自己整合的なモデルを提唱すること。

提案手法

• 光速度c(t)が時間とともに減少すると仮定し、平坦なフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー計量においてc(t) ∝ t^(-1/2) と定式化する。
• 時間に依存するcのモデルに基づき、修正された赤方偏移-距離関係および温度-赤方偏移関係を導出する。
• 任意の信号の最大速度が、各時代における宇宙の膨張速度によって制限されるという仮定を採用する。
• cを時間に依存するパラメータとして扱い、標準的宇宙論方程式を応用し、ハッブルパラメータとエネルギー密度を適切に調整する。
• c(t)を伴う物質支配の平坦宇宙におけるフレリッドマン方程式を解き、宇宙の年齢と再結合時刻を導出する。
• 光度距離とCMB温度の予測値を観測データと比較することで、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間に依存する光速度は、ダークエネルギーを仮定せず、高赤方偏移のタイプIa超新星の観測された明るさの不足を説明できるか？
• RQ2 減少するcのモデルは、インフレーションを要件とせず、標準ビッグバン宇宙論のホライズン問題と平坦性問題を解決できるか？
• RQ3 cが減少するモデルにおいて、宇宙の年齢、ハッブルパラメータ、物質密度、再結合時刻の予測値は何か？
• RQ4 時間に依存するcの枠組みにおいて、赤方偏移-距離関係および温度-赤方偏移関係は、標準宇宙論とどのように異なるか？
• RQ5 このモデルにおいて、物理的信号の最大速度は宇宙の膨張速度によって制限されるか？そしてこれは因果関係にどのように影響するか？

主な発見

• モデルは、ダークエネルギーを要件とせず、タイプIa超新星の観測された光度距離を再現し、加速膨張ではなく光速度の減少によって明るさの不足を説明できる。
• 予測される宇宙の年齢は現在の推定値と整合的であり、時間に依存するcの枠組みから導かれる約137億年である。
• ハッブルパラメータH(t)はH(t) ≈ 1/tとして導出され、c(t) ∝ t^(-1/2) を満たす物質支配の平坦宇宙と整合的である。
• モデルは、標準宇宙論と同様にT(z) ∝ (1+z) となる宇宙背景放射の温度-赤方偏移関係を予測し、観測と一致する。
• 再結合時刻はビッグバン後約38万年と計算され、標準的推定値と一致する。
• 光速度cが時間とともに減少することで、因果的通信と空間の平坦性を可能にし、インフレーションを要件とせずホライズン問題と平坦性問題を解決できる。