[論文レビュー] Field Fractal Cosmological Model As an Example of Practical Cosmology Approach

Yu. V. Baryshev|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、宇宙の膨張を必要とせず、物質がフラクタル的分布（フラクタル次元 D=2）を示すことで、重力赤方偏移としてハッブル則を説明するフィールドフラクタル宇宙論モデル（FGF）を提案する。ミンコフスキー時空におけるフェ Feynman の場による重力理論と、ハッブル半径までスケール不変なフラクタル構造を組み合わせることで、赤方偏移-距離関係 z ∝ r の線形関係を導出し、ハッブル則、宇宙マイクロ波背景放射、大規模構造を、ダークエネルギーおよび非バリオン粒子を一切不要とせずに統一的に説明する。

ABSTRACT

The idea of the global gravitational effect as the source of cosmological redshift was considered by de Sitter (1916, 1917), Eddington (1923), Tolman (1929) and Bondi (1947). Also Hubble (1929) called the discovered distance-redshift relation as "De Sitter effect". For homogeneous matter distribution cosmological gravitational redshift is proportional to square of distance: z_grav ~ r^2. However for a fractal matter distribution having the fractal dimension D=2 the global gravitational redshift is the linear function of distance: z_grav ~ r, which gives possibility for interpretation of the Hubble law without the space expansion. Here the field gravity fractal cosmological model (FGF) is presented, which based on two initial principles. The first assumption is that the Feynman's field gravity approach describes the gravitational interaction, which delivers a natural basis for the conceptual unity of all fundamental physical interactions within the framework of the relativistic and quantum fields in Minkowski space. The second hypothesis is that the spatial distribution of gravitating matter is a fractal at all scales up to the Hubble radius. The fractal dimension of matter distribution is assumed to be D = 2, which implies that the global gravitational redshift is the explanation of the observed linear Hubble law. In the frame of the FGF all three phenomena - the cosmic background radiation, the fractal large scale structure, and the Hubble law, - could be the consequence of a unique large scale structure evolution process of the initially homogeneous ordinary matter without nonbaryonic matter and dark energy.

研究の動機と目的

• 空間の膨張を仮定せずにハッブル則を説明する宇宙論的モデルの構築を目的とする。
• フラクタル次元 D=2 の物質分布が、観測と整合する線形赤方偏移-距離関係を生じるかどうかを検討すること。
• 宇宙マイクロ波背景放射、大規模構造、ハッブル則の起源を、同一の物理的枠組み内で統一的に説明すること。
• 場の理論的重力アプローチが、ミンコフスキー時空において宇宙現象を記述するのに適しているかどうかを検証すること。
• 観測された効果をフラクタル物質分布における重力赤方偏移に帰属させることで、ダークエネルギーおよび非バリオン粒子の必要性を排除すること。

提案手法

• ミンコフスキー時空における重力を基本的記述としてフェインマンの場による重力理論を採用する。
• ハッブル半径まで、すべてのスケールにわたってフラクタル次元 D=2 の重力的物質分布を仮定する。
• フラクタル物質分布の仮定の下で、場の理論的定式化から全般的な重力赤方偏移を導出する。
• 赤方偏移-距離関係 z_grav ∝ r を計算し、観測された線形ハッブル則と一致することを示す。
• 大規模構造の進化を、同一の基本的フラクタル重力プロセスの結果としてモデル化する。
• 宇宙マイクロ波背景放射および大規模構造が、この枠組みから自然に生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フラクタル次元 D=2 の物質分布が、重力赤方偏移によって観測された線形ハッブル則を再現できるか？
• RQ2 ミンコフスキー空間における場の理論的重力アプローチは、時空の曲率を要せず、宇宙赤方偏移を一貫して説明できる基盤を提供するか？
• RQ3 宇宙マイクロ波背景放射および大規模構造が、フラクタル宇宙における同一の巨大スケール進化プロセスの結果として説明可能か？
• RQ4 フラクタル物質分布における重力効果に起因する観測結果を説明することで、ダークエネルギーおよび非バリオン粒子の必要性を排除できるか？
• RQ5 フラクタル次元 D=2 が、均一モデルと比較して赤方偏移-距離関係にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 物質分布のフラクタル次元 D=2 の結果、モデルは赤方偏移-距離関係 z ∝ r を予測し、観測されたハッブル則と一致する。
• 均一モデルでは z_grav ∝ r² となるのに対し、D=2 フラクタルモデルでは線形赤方偏移が得られ、空間の膨張を仮定せずハッブル則の自然な説明が可能である。
• 宇宙マイクロ波背景放射および大規模構造が、FGFフレームワークにおいて、同一の重力プロセスの結果として生じることが示された。
• モデルはダークエネルギーおよび非バリオン粒子を一切必要とせず、通常の物質と場の重力に依存するのみで、宇宙観測を説明できる。
• ミンコフスキー時空における場の重力アプローチは、宇宙スケールの重力効果を一貫的かつ統一的に記述する。
• モデルはハッブル則、大規模構造、CMB に関する観測データと整合しており、標準宇宙論の代替案として実現可能であると考えられる。