[論文レビュー] Cosmological Consequences of Anti-gravitation

Sabine Hossenfelder|ArXiv.org|May 12, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、一般座標変換の下での双対表現を介して一般相対性理論を変更することにより、負の重力的ストレssエネルギーを有するが正の運動エネルギーを有する反重力物質を有する宇宙論的モデルを提案する。修正されたフリードマン方程式を導出し、反重力放射が宇宙膨張中に最も遅く希釈されることを示し、プランク密度付近での相互作用が、交互に収縮と膨張を繰り返す循環的宇宙を生じることを明らかにした。これは初期特異性を回避するための新規なメカニズムを提供する。

ABSTRACT

The dynamics of a universe with an anti-gravitating contribution to the matter content is examined. The modified Friedmann equations are derived, and it is shown that anti-gravitating radiation is the slowest component to dilute when the universe expands. Assuming an interaction between both kinds of matter which becomes important at Planckian densities, it is found that the universe undergoes a periodic cycle of contraction and expansion. Furthermore, the possibility of energy loss in our universe through separation of both types of matter is discussed.

研究の動機と目的

• 負の重力的ストレssエネルギーを有するが正の運動エネルギーを有する反重力物質を導入した場合の宇宙論的影響を調査すること。
• 重力的物質と反重力物質の両方を含む宇宙に対して修正されたフリードマン方程式を導出すること。
• 両方の物質種が存在するフレンドル・ロバートソン・ウォーカー時空における測地線の運動およびハッブルの法則のダイナミクスを検討すること。
• 高密度における物質種間の相互作用によって駆動される循環的宇宙の可能性を検討すること。
• 余剰次元における物質種の分離によってエネルギー損失が生じる可能性を評価すること。

提案手法

• 一般座標変換の下での場の双対表現を用いて反重力物質を導入し、標準的なローレンツ変換とは異なる。
• 修正された共変微分と運動方程式を用いて反重力粒子を定義し、負の重力的ストレssエネルギーであるが正の運動エネルギーを保つようにする。
• FRW計量のエネルギー運動量テンソルに反重力放射を組み込むことで、修正されたフリードマン方程式を導出する。
• 両方の物質種の測地線方程式をFRW背景で解き、ハッブルの法則および膨張ダイナミクスを決定する。
• 物質種間の相互作用がプランクエネルギー密度に達した際に顕著になり、循環的進化を可能にするものと仮定する。
• 余剰次元における部分多様体上での物質種の分離がエネルギー保存に影響を与える可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負の重力的ストレssエネルギーを有する反重力物質を含めることで、宇宙の進化にどのような影響が生じるか？
• RQ2 重力的物質と反重力物質の両方が存在する宇宙における修正されたフリードマン方程式は何か？
• RQ3 反重力放射は、他の成分と比較して宇宙膨張中にどのように振る舞うか？
• RQ4 プランク密度付近での相互作用が、交互に収縮と膨張を繰り返す循環的宇宙を生じる可能性はあるか？
• RQ5 余剰次元の部分多様体上で重力的物質と反重力物質が分離することで、私たちの宇宙におけるエネルギー損失が生じる可能性はあるか？

主な発見

• 反重力放射は、修正されたフリードマン方程式における特異なスケーリング行動のおかげで、宇宙膨張中に最も希釈が遅い成分である。
• 修正されたフリードマン方程式は、物質種間の相互作用がプランク密度に達した際に循環的宇宙を予測する。
• サイクルには加速膨張の段階が含まれており、初期特異性を回避するメカニズムを示唆している。
• 運動エネルギーが正のまま保たれるため、真空揺らぎによる不安定性を理論は回避している。
• 重力的物質と反重力物質が余剰次元の部分多様体上で分離する場合、モデルの拡張に従って、私たちの宇宙におけるエネルギー損失が可能である。
• FRWおよびシュワルツシルト計量における反重力粒子のクリスツォフ記号を導出し、標準粒子とは異なる力学的挙動を示している。