[論文レビュー] The Principles of Self Creation Cosmology and its Comparison with General Relativity

Garth A. Barber|ArXiv.org|Dec 27, 2002

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 30被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、マックス・アインシュタインの一般相対性理論の共形的同値代替理論として、自己生成宇宙論（SCC）を提唱する。この理論は、マックスの原理と局所的エネルギー保存則を統合することで、ダークエネルギー、宇宙定数問題、パイオニア異常、地球の自転加速、顕在的なGの変動といった、主要な宇宙論的および局所的異常を解決する。理論は、宇宙の全密度パラメータが Ω_total = 1/3 で、ダークエネルギーもインフレーションも不要な状態で、宇宙の加速を自然に説明する。

ABSTRACT

There are, at present, several gravitational and cosmological anomalies; the dark energy problem, the lambda problem, accelerating cosmological expansion, the anomalous Pioneer spacecraft acceleration, a spin-up of the Earth and an apparent variation of G observed from analysis of the evolution of planetary longitudes. These conundrums may be resolved in the theory of Self Creation Cosmology, in which the Principle of Mutual Interaction subsumes both Mach's Principle and the Local Conservation of Energy. The theory is conformally equivalent to General Relativity in vacuo with the consequence that predictions of the theory are identical with General Relativity in the standard solar system experiments. Other observable local and cosmological consequences offer an explanation for the anomalies above. The SCC universe expands linearly in its Einstein Frame and it is static in its Jordan Frame; hence, as there are no density, smoothness or horizon problems, there is no requirement for Inflation. The theory determines the total density parameter to be one third, and the cold dark matter density parameter to be two ninths, yet in the Jordan frame the universe is similar to Einstein's original static cylindrical model and spatially flat. Therefore there is no need for a 'Dark Energy' hypothesis. As the field equations determine the false vacuum energy density to be a specific, and feasibly small, value there is no 'Lambda Problem'. Finally certain observations in SCC would detect cosmic acceleration.

研究の動機と目的

• 宇宙論的および局所的重力における未解決の異常、特にダークエネルギー、宇宙定数問題、Gの顕在的変動を解決すること。
• マックスの原理と局所的エネルギー保存則を統合する自己生成宇宙論（SCC）を、一般相対性理論の代替理論として提示すること。
• パイオニア加速、地球の自転加速、Gの変動といった、観測されたハッブルスケールの異常を、宇宙時間の進化に関連する単一の物理的メカニズムで説明すること。
• インフレーションを必要とせずに、ホライズン問題、均一性問題、平坦性問題を回避できることを示すこと。
• 一般相対性理論とは異なる観測可能な予測を持つ、検証可能な枠組みを提供すること。具体的には、重力探査機Bにおけるジオデシック歳差の低減を含む。

提案手法

• 一般相対性理論（GR）と等価な真空状態を有するエインシュタイン枠（EF）とジョルダン枠（JF）との間で共形変換を採用し、SCCは真空中ではGRと同値だが、物質の結合において異なる。
• 相互作用の原理を導入し、マックスの原理と局所的エネルギー保存則を統合することで、エインシュタイン枠（EF）における時間に依存する質量および重力定数を導出する。
• 場の運動方程式を用いて、有限で非ゼロの偽真空エネルギー密度を導出し、Λ問題を解決する。
• 宇宙をエインシュタイン枠（EF）では線形に膨張し、ジョルダン枠（JF）では静的とモデル化することで、インフレーションの必要性を回避する。
• 異常なパイオニア加速を、ジョルダン枠（JF）のエフェマリス時刻とエインシュタイン枠（EF）の原子時刻との間の時計ずれとして解釈する。
• 時間に依存する質量と半径のスケーリング m(t) ∝ exp(H₀t), r(t) ∝ exp(−H₀t) に起因する、軌道パラメータおよび回転運動の長期的変化を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己生成宇宙論（SCC）は、宇宙定数やクインテッセントを仮定せずに、ダークエネルギー問題を解決できるか？
• RQ2 パイオニア異常、地球の自転加速、顕在的なGの変動という、観測されたハッブルスケールの一致が、単一の物理的メカニズムに起因するのだろうか？
• RQ3 GMが不変のまま維持される条件下で、SCCはGの顕在的変動を、局所的保存則に反することなく説明できるか？
• RQ4 インフレーションを必要とせずに、ホライズン問題、均一性問題、平坦性問題がどのように回避されるか？
• RQ5 特にジオデシック歳差や光の挙動において、SCCと一般相対性理論との間で観測可能な差異は何か？

主な発見

• SCCは、正確に Ω_total = 1/3 の全密度パラメータを予測し、銀河クラスタリングおよび重力レンズ観測と整合的である。
• 冷たい暗黒物質の密度パラメータは Ω_dm = 2/9 に決定され、ダークエネルギーを必要とせず、銀河構造を自然に説明する。
• 理論は、有限で非ゼロの偽真空エネルギー密度を導出し、観測と整合的で自然に小さい値であるため、Λ問題を解決する。
• ジョルダン枠（JF）において、宇宙は空間的に平坦で静的であり、アインシュタインの元々の静的モデルに類似しており、微調整を必要とせず、CMB非一様性観測を説明できる。
• 異常なパイオニア加速は、ジョルダン枠（JF）のエフェマリス時刻とエインシュタイン枠（EF）の原子時刻との間の時計ずれとして説明され、その大きさは cH と一致する。
• 地球の観測された自転加速（ΔT/day/cy ≈ −6×10⁻⁴ sec/day/cy）は、時間に依存する質量スケーリングに起因する慣性モーメントの長期的減少によりSCCが予測され、H₀ ≈ 67 km/s/Mpc と整合的である。