[論文レビュー] Cosmic antigravity

A. D. Dolgov|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2012

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、一般相対性理論における重力の反発の可能性を検討し、もともと非常に大きな値であった真空エネルギーが、動的調整メカニズムによって自然に補正され、宇宙論的に意味のある値にまで小さくされる可能性を提唱している。このメカニズムにより、現在の宇宙の加速膨張と、真空エネルギー密度と物質エネルギー密度のほぼ等しい大きさであるという事実を同時に説明できることから、一致問題（coincidence problem）を解決する。

ABSTRACT

Possibility of gravitational repulsion in General Relativity is discussed and astronomical data in favor of cosmological acceleration are described. The problem of vacuum energy is emphasized and possible ways of its solution are indicated. The main attention is payed to adjustment mechanism which in principle could compensate originally huge vacuum energy down to cosmologically acceptable value and to solve the coincidence problem of a close magnitudes of the non-compensated remnants of vacuum energy and the energy density of the universe at the present time. Finally possible modifications of gravity at large scales which could induce accelerated cosmological expansion are considered.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論の枠組み内で重力の反発が理論的に可能かどうかを調査すること。
• 宇宙の加速を支持する天文学的証拠を検討すること。
• 予測された真空エネルギー密度と観測された真空エネルギー密度の間の著しい差異に起因する真空エネルギー問題を扱うこと。
• 当初非常に大きな真空エネルギーを、自然に小さな観測可能な値にまで小さくすることができる動的調整メカニズムを提唱すること。
• 現在の宇宙における残りの真空エネルギーと物質エネルギー密度が同程度の大きさである理由（一致問題）を説明すること。

提案手法

• アインシュタインの場の運動方程式における真空エネルギーの役割と、宇宙膨張に与える影響を分析する。
• 初期の真空エネルギーを動的かつキャンセルするメカニズムを提唱し、わずかな残余値を残す。
• 大スケールの宇宙において重力に修正が加わることで、反発的重力効果が生じる可能性を検討する。
• このようなメカニズムが、なぜ自然に宇宙の遅い時期における加速をもたらすかを検討する。
• 理論的一致性と宇宙論的観測を用いて、真空エネルギーとその補償の挙動を制約する。
• この調整メカニズムが、真空エネルギー問題と一致問題の両方を解決可能かどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい場を導入せずに、一般相対性理論内で重力の反発が自然に生じる可能性はあるか？
• RQ2 当初非常に大きな真空エネルギーを、自然に小さな宇宙論的関連値にまで動的に小さくするメカニズムは何か？
• RQ3 なぜ現在の時点で残りの真空エネルギー密度が物質エネルギー密度と同程度の大きさであり、この一致は説明可能か？
• RQ4 大スケールで重力に修正を加えると、宇宙の加速と宇宙の進化にどのような影響を与えるか？
• RQ5 1つのメカニズムが、真空エネルギー問題と一致問題の両方を同時に解決できるか？

主な発見

• 一般相対性理論における真空エネルギーは、原則として動的調整メカニズムによって補償され、小さな残余値にまで小さくできる。
• 提唱された調整メカニズムは、現在の宇宙膨張の時代に自然に小さな残余真空エネルギーが関連していることから、一致問題を解決する可能性を示している。
• 宇宙の加速は、宇宙定数だけでなく、大スケールでの重力の修正によっても説明可能である。
• 超新星観測を含む天文学的データは、反発的重力と整合する遅い時期の加速膨張の存在を支持している。
• このメカニズムは、観測された小さな真空エネルギーが微調整の結果ではなく、真空エネルギー力学における自己調整プロセスの結果である可能性を示唆している。
• このモデルは、現在の宇宙のエネルギー密度が偶然ではなく、動的に決定されたものである理論的枠組みを提供している。