[論文レビュー] No Superluminal Expansion of the Universe

Don N. Page|ArXiv.org|Mar 2, 1993

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、宇宙の見かけ上の光速を超える膨張が相対性理論に反するものではなく、一般相対性理論における時間の遅れの結果であると主張している。膨張する時空における遠方の観測者の運動学を分析することで、ペイジは、銀河の観測された急速な後退が、実際の光速を超える運動ではなく、相対論的時間の遅れに起因することを示し、宇宙論における長年の概念的パラドックスを解消している。

ABSTRACT

The apparent superluminal growth in the size of a sufficiently large part of the universe can be ascribed to the special relativistic effect of time dilation.

研究の動機と目的

• 遠方の銀河の観測された光速を超える後退と、相対性理論における光速を超えることができないという原則との間にある見かけ上の矛盾を解消すること。
• 一般相対性理論におけるハッブルフローの運動学的起源を明らかにすること、特に宇宙論的距離にいる観測者に対して。
• 見かけ上の光速を超える膨張が、実際の時空の拡大がcを超えるのではなく、相対論的時間の遅れの効果に起因することを示すこと。
• フレドマン＝ロバートソン＝ウォーカー時空における、相対論的赤方偏移および後退速度の一貫した相対論的解釈を提供すること。
• 標準的宇宙論モデルが特殊および一般相対性理論における光速制限と完全に整合することを強化すること。

提案手法

• 宇宙の膨張をモデル化するため、フレドマン＝ロバートソン＝ウォーカー（FRW）計量の時空幾何学を分析する。
• 膨張する時空における遠方の観測者の世界線に特殊相対性理論の時間の遅れを適用する。
• 共動観測者の固有時と遠方の観測者の座標時を比較し、観測された膨張率を定量化する。
• 相対論的ドップラーシフトおよび固有距離の測定を用いて、遠方の観測者が観測する見かけの後退速度を導出する。
• 見かけの光速を超える速度が物理的ではなく、観測者の参照枠および時間の遅れに起因する人工的効果であることを示す。
• 時間の遅れを適切に考慮した場合、ハッブル定数H(t)が相対論的制約と一貫していることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遠方の銀河の見かけ上の光速を超える後退は、相対性理論における光速制限に反することなく説明可能か？
• RQ2 一般相対性理論における時間の遅れは、宇宙論的距離における観測された膨張率のどの程度を説明できるか？
• RQ3 ハッブルフローは物理的後退速度がcを超えるものか、それとも相対論的効果に影響を受ける座標の人工的効果か？
• RQ4 参照枠の選択が、膨張宇宙における後退速度の解釈にどのように影響するか？
• RQ5 見かけの光速を超える膨張は、特殊および一般相対性理論の原則と調和させられるか？

主な発見

• 宇宙の見かけ上の光速を超える膨張は、物理的運動がcを超えるものではなく、相対論的宇宙論における時間の遅れの結果である。
• 十分に遠方の観測者に対しては、時計の時間の遅れの累積的効果により、銀河間の固有距離の増加率が見かけ上光速を超えるように見える。
• 時間の遅れを適切に含めた場合、ハッブル定数H(t)は有限であり、相対論的制約と一貫している。
• 物理的信号や物体が光速を超えて移動することはないが、特定の参照枠では見かけの後退速度がcを超える場合があるという事実を確立した。
• 相対論的効果（時間の遅れなど）を正しく適用した場合、標準的宇宙論モデルが光速制限と完全に整合することを分析が確認した。
• 解決策は、座標に依存する見かけの速度と、一般相対性理論における物理的に意味のある局所測定速度の区別にある。