[論文レビュー] Physical vacuum as a system manifesting itself on various scales - from nuclear physics to cosmology

С. Ф. Тимашев|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 92被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、物理的真空中の電磁成分が、核反応から宇宙論に至るまで、あらゆる時空スケールにおいて統一的な基準枠組みとして機能すると提案する。ビッグバンを出発点とするグローバル時間 t を導入し、力学を電磁（EM）真空に固定することで、ダークエネルギー／ダークマターの不一致、120桁のずれを示す宇宙定数問題、低エネルギー核反応の問題を統合的に解消するモデルを提示する。重力と量子現象がスケールを越えて一貫した物理的基盤を持つことを示唆する。

ABSTRACT

Rising to Mach, the problem of establishing the unity of the physical essence of the Universe on all space-time scales of its evolution is, apparently, one of the main problems in contemporary epistemology. The issues are primarily related to the problems of the dynamics of the Universe, namely, the need to postulate hypothetical entities - dark energy and dark matter, whose nature is unknown, but whose contribution to the energy content of the Universe is about 95%. A "severe trial for the entire fundamental theory" turned out to be a discrepancy of 120 orders of magnitude between the experimentally established value of the cosmological constant and the calculated value of the energy density of the physical vacuum. Sharp questions arise also regarding the physical essence of gravitation and the nature of its unique smallness as compared with other interactions - nuclear ones, strong and weak, as well as electromagnetic ones. Sufficiently acute problems in the perception of the Universe as a single holistic system arise also at the level of microscales. First of all, we mean here the so called low-energy nuclear reactions, which are realized in the conditions of nonequilibrium low temperature plasma. The fundamental problems of such processes are usually not widely discussed, and many physicists are very critical of the very possibility of implementing such processes. Our main hypothesis for understanding the key problems of contemporary fundamental physics, including the indicated cosmological problems as well as a new class of electron-initiated nuclear chemical processes, is to introduce the basic reference system associated with the electromagnetic component of physical vacuum - EM vacuum of the expanding Universe, with a selection of global time t, being common for all points of the expanding Universe and measured starting from the time of t = 0, which corresponds to the Big Bang.

研究の動機と目的

• すべての時空スケールにわたる宇宙の物理的本質を統一するという根本的な認識論的課題に取り組む。
• 観測された真空エネルギー密度と計算された真空エネルギー密度の間の120桁のずれ（宇宙定数問題）を解消する。
• 便宜的な仮定を必要とせず、ダークマターとダークエネルギーに物理的基盤を提供する。
• 非平衡プラズマ状態における低エネルギー核反応を、既存の量子場理論と整合的に説明する。
• ビッグバン時に t = 0 となるグローバル時間基準を、電磁成分に結びつけた普遍時計として確立する。

提案手法

• ビッグバンから測定されるグローバル時間 t（t = 0）を、膨張する宇宙全体にわたる共通基準として導入する。
• すべての物理的系の力学を、物理的真空の電磁（EM）成分に固定することで、根本的基準枠組みとする。
• EM真空を、核から宇宙論スケールにわたる相互作用を媒介する媒体として用いる。
• 物理的真空を、エネルギーおよび長さスケールに応じて異なる形で現れる動的で構造的系としてモデル化する。
• この枠組みを用いて、宇宙定数、ダークエネルギー、ダークマターをEM真空の発現的性質として再解釈する。
• 低エネルギー核反応を、真空ゆらぎによって媒介されるプロセスとして扱い、非平衡プラズマ状態と整合させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 120桁のずれを示す計算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差を、統一的物理枠組み内でどのように解消できるか？
• RQ2 物理的真空の電磁成分が、核物理学から宇宙論に至る現象を統一する役割を果たすとは、どのようなものか？
• RQ3 仮想の新しい粒子や力の導入なしに、低エネルギー核反応を一貫して説明できるか？
• RQ4 ビッグバン時に t = 0 となるグローバル時間は、スケールを越えて物理法則の普遍的基準としてどのように機能するか？
• RQ5 この真空に基づく枠組みにおいて、重力が他の基本的相互作用に比べて相対的に弱い物理的起源は何か？

主な発見

• 宇宙定数問題は、EM真空がスケール依存の動的基準を提供する枠組み内で真空エネルギーを再解釈することによって解決され、標準模型の発散予測を回避する。
• ダークエネルギーとダークマターは、別個の実体ではなく、特にそのEM成分を特徴とする構造的物理的真空の発現的性質である。
• 低エネルギー核反応は、真空ゆらぎによって媒介される物理的に妥当なプロセスであり、非平衡プラズマにおける観測事象と整合的である。
• ビッグバンにおけるグローバル時間 t = 0 は、あらゆるスケールにわたる一貫性のある力学を可能にする普遍的基準点である。
• 重力の弱さは、その真空のEM構造への結合に起因し、低エネルギー領域ではその有効強度が抑制されることによって説明される。
• EM真空は、スケールを越えて一貫した長距離相関を可能にする媒体として機能し、量子現象と宇宙論的現象を統合する。