[論文レビュー] A simple varying-speed-of-light hypothesis is enough for explaining high-redshift supernovae data

Yves‐Henri Sanejouand|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、光の速度が時間とともに変化し、年間約2 cm s⁻¹ずつ減少するという仮説が提示されており、ダークエネルギーを導入せずに高赤方偏移銀河系超新星の観測データを説明できると主張している。時間に線形的に依存する光の速度をモデル化することで、タイプIa超新星の赤方偏移-距離関係と一致する修正されたハッブル則が導かれ、コスモロジカル定数の代替的現象論的モデルを提供する。

ABSTRACT

The hypothesis that the speed of light decreases by nearly 2 cm per sec and per year is discussed within the frame of a simple phenomenological model. It is shown that this hypothesis can provide an alternative explanation for the redshift-distance relationship of type Ia supernovae, which is nowadays given in terms of a new form of (dark) energy of unknown origin.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移タイプIa超新星で観測された宇宙の加速膨張を、時間に依存する光の速度が説明できるかどうかを検討すること。
• 宇宙時間に伴いゆっくり減少する光の速度を仮定することで、コスモロジカル定数の代替的現象論的モデルを提供すること。
• この仮説が、特にハッブル宇宙望遠鏡の「ゴールドセット」と呼ばれる156個の超新星から得られた既存の観測データと整合しているかどうかを検証すること。
• 月面レーザーレトロリフレクタ測定で観測された年間3.82 cmの見かけ上の遠退きが、潮汐力のみではなく、時間に依存する光の速度によっても説明可能かどうかを調査すること。

提案手法

• 光の速度が時間に線形に依存すると仮定する：$ c_d = c_0 + a_c \Delta t $、ここで $ a_c $ は光の速度の時間変化率である。
• 距離 $ d $ と光の速度の関係 $ d = c_0 \Delta t + \frac{1}{2} a_c \Delta t^2 $ を用いて、光の伝播時間 $ \Delta t $ を導出し、$ \Delta t $ についての2次方程式の解を得る。
• 赤方偏移関係 $ z = \frac{c_d}{c_0} - 1 $ を用い、時間依存モデルから得られる $ c_d $ を代入することで、$ z = \sqrt{1 + \frac{2a_c d}{c_0^2}} - 1 $ を導出する。
• ハッブル則に一致させるために $ a_c = H_0 c_0 $ と設定し、$ z = \sqrt{1 + \frac{2H_0 d}{c_0}} - 1 $ を得る。これは修正されたハッブル則である。
• 固定された $ H_0 = 72 \, \text{km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1} $ を用い、フィッティングを行わず、156個のタイプIa超新星の観測赤方偏移と直接比較する。
• 月のレーザーレトロリフレクタ測定データを評価し、仮説から予測される疑似遠退き速度 $ v_{\text{mes}} = H_0 d_0 $ を導出し、$ H_0 = 72 \, \text{km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1} $ の場合に観測された年間3.82 cmの傾向と一致することを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間に依存する光の速度は、ダークエネルギーを導入せずに高赤方偏移タイプIa超新星の赤方偏移-距離関係を説明できるか？
• RQ2 月のレーザーレトロリフレクタ測定で観測された見かけ上の遠退きは、時間に依存する光の速度と整合するか？
• RQ3 導出されたモデルは、低赤方偏移ではハッブル則を再現しながらも、高赤方偏移ではそれを修正するか？
• RQ4 超新星データと月のレーザー測定データの両方に一致させるために、光の速度がどの程度変化する必要があるか？
• RQ5 太陽系の観測されたハッブル的膨張は、実際の力学的膨張ではなく、時間に依存する光の速度によるアーティファクトである可能性はあり得るか？

主な発見

• モデルは赤方偏移-距離関係 $ z = \sqrt{1 + \frac{2H_0 d}{c_0}} - 1 $ を予測し、フィッティングなしに156個の高赤方偏移タイプIa超新星の観測データとよく一致する。
• 光の速度の時間変化率として必要な値は $ a_c = H_0 c_0 $ であり、$ H_0 = 72 \, \text{km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1} $ の場合、約 -2 cm s⁻¹/年に対応する。
• モデルは、時間に依存する光の速度による疑似月の遠退き速度を年間2.8 cm/年と予測し、潮汐効果と組み合わせると観測された年間3.82 cmの傾向と整合する。
• 月のレーザー測定で観測された年間3.82 cmの遠退きは、時間に依存する光の速度による寄与と、残りの約1 cm/年は潮汐力による寄与によって説明可能である。
• モデルは測定されたハッブル定数と整合しており、低赤方偏移ではハッブル則を再現しながらも、高赤方偏移ではそれを修正する。
• 光の速度の変化がゆっくりでかつ現在の実験的限界と整合する限り、微細構造定数や真空中の誘電率・透磁率に顕著な変化がないこととも両立可能である。