[論文レビュー] On the nature of the outward pressure in the Universe

Antonio Alfonso‐Faus|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2009

Relativity and Gravitational Theory参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、初期宇宙の真空電荷の不完全なデイビー遮蔽が、宇宙膨張を駆動する外向きの圧力を生じると提案している。これにより引力と釣り合う静的宇宙モデルが成立し、観測値と一致する一貫性のある宇宙論的パラメータ群（質量 ~10⁵⁶ g、サイズ ~10²⁸ cm、電荷 ~3.3×10⁶⁰e、角運動量 ~10¹²⁰h）が導かれる。これは、宇宙が重力と電気的力の平衡状態にある大規模ブラックホールである可能性を示唆している。

ABSTRACT

Plasma Physics defines the concept of the Debye length. Given the enormous electrical potential that would develop with no screening, we conjecture that the size of the Universe,as given by the speed of light c and its age t, ct, cannot be very much lower than the Debye length. The Debye length of the Universe must be of the order of its size ct.It turns out that it is about 6 times larger. Hence inside the volume of size ct there is an outward electrical pressure due to the lack of complete screening of the electrical charges. We suggest that these charges are related to the vacuum fluctuations. To the question of why the Universe does not collapse under its own gravitational attraction we analyze the possibility to answer this by the effect of the repulsive forces of these electrical charges. Evidence in support of the idea that space is not expanding is growing more and more in the scientific literature. As a frame of work we consider the model of a constant size Universe that implies a constant equilibrium between the gravitational (GM2/R2) and the electrical forces (Q2/R2). We find a large number, 5x10^60 that converts Planck units of mass, length, time, charge e and angular momentum h, into the mass M, size ct, age t, total charge Q and angular momentum of the Universe as in a scale-like way. It defines a black hole of mass M 10^56gr., size 10^28 cm., characteristic time 5x10^17sec, charge Q 3.3x10^60 e and maximum angular momentum H 10^120 h which is our Universe. We are inside it, a part of it. The solution to the Einstein cosmological equations, including an electrical pressure due to the charge Q, is in agreement with the value of the cosmological parameters currently reported.

研究の動機と目的

• 空間の時空膨張を仮定せず、反発的電気的圧力の原因を特定することで、観測された宇宙膨張を説明すること。
• 宇宙定数問題を、真空電荷の遮蔽とデイビー長さ効果に結びつけることで解決すること。
• 重力と電気的力が釣り合う静的宇宙モデルを確立すること。
• プランクスケール単位をスケーリング要因を用いてマクロな宇宙論的パラメータ（質量、サイズ、電荷、角運動量）に変換すること。
• 現在の観測された宇宙論的パラメータの値と整合する理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 宇宙全体にプラズマ物理学のデイビー長さの概念を適用し、真空電荷の不完全な遮蔽を仮定する。
• 宇宙のデイビー長さをそのサイズ（c × 年齢）と比較し、約6倍小さいことが判明し、残存する外向き電気的圧力が存在することを示唆する。
• 質量 M ~10⁵⁶ g、半径 R ~10²⁸ cm、全電荷 Q ~3.3×10⁶⁰e、角運動量 H ~10¹²⁰h の静的で帯電したブラックホールとして宇宙をモデル化する。
• プランク単位をマクロな宇宙論的単位に変換するスケーリング要因として約5×10⁶⁰を用いる。
• 電気的圧力項（Q²/R²に比例）を含むアインシュタインの宇宙論的方程式を解く。
• 得られたモデルを観測された宇宙論的パラメータと比較し、一貫性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙が重力的崩壊を防ぐために必要な外向き圧力の原因は何ですか？
• RQ2 なぜ宇宙のデイビー遮蔽長さがそのサイズに満たず、その結果として何が生じるのですか？
• RQ3 重力と電気的力のバランスが取れた静的宇宙モデルが、観測された宇宙論的パラメータを再現できるでしょうか？
• RQ4 プランクスケール単位が一貫性を持ってマクロな宇宙論的値にスケーリングされる方法はどのようなものですか？
• RQ5 観測された宇宙定数は、真空電荷に起因する反発的電気的圧力と整合しますか？

主な発見

• 宇宙のデイビー長さは約10²⁷ cmと推定され、宇宙サイズ（10²⁸ cm）の約6倍小さい。これは遮蔽が不完全であることを示している。
• 不完全な遮蔽に起因する残存する外向き電気的圧力が、宇宙膨張の原因であると提案される。
• スケーリング要因5×10⁶⁰を用いることで、プランク単位からマクロな宇宙論的単位に変換され、宇宙質量は約10⁵⁶ gとなる。
• 宇宙の全電荷は約3.3×10⁶⁰eと計算され、観測された宇宙定数およびダークエネルギー密度と整合する。
• 宇宙の角運動量は約10¹²⁰hと推定され、そのサイズのブラックホールが取りうる最大角運動量と一致する。
• 電気的圧力を含むアインシュタイン方程式の解が、現在の観測された宇宙論的パラメータの値を再現する。