[논문 리뷰] A New Cosmological Model for the Visible Universe and its Implications

Branislav Vlahović|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 24.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론이 강한 중력장에서 빛이 굴절됨을 예측함에도 불구하고, 가시 우주가 중심 구가 아니라 반경 4.46 Gpc인 얇은 팽창하는 구형 껍질임을 제안하는 새로운 천체론 모델을 제시한다. 이는 반경 14.3 Gpc인 광자 구역 내에서 중력에 의한 빛 굴절 때문이며, 인플레이션, 암흑 에너지, 암흑 물질 없이도 상대론적 중력 효과와 곡률이 있는 시공간 기하학을 통해 우주 마이크파 배경의 등방성, 허블 상수(67.26 ± 0.90 km/s/Mpc), 제1형 초신성 적색이동 및 엔트로피 불일치를 설명한다.

ABSTRACT

Assuming that the universe is homogenous and isotropic and applying Gauss' flux theorem for gravity, it follows that the gravitational field of the visible universe can be calculated as if the entire mass of the visible universe is located in one point. Taking into account that the mass of the visible universe is M=2x10^{53} kg, it appears that the entire visible universe is inside a {\it photon sphere} of radius R_{ps} = 14.3 Gpc. The current model for the visible universe must be corrected to account for the fact that measured horizon distance of 14.0 \pm 0.2 Gpc is not a straight line. Rather it is an arc of a circle with that length, because all photons are inside the photon sphere. Our model interprets the visible universe as a surface of a sphere (or an inside of a sphere shell) with radius 4.46 \pm 0.06 Gpc and an event horizon, located on that sphere (shell), with size of 14.0 \pm 0.2 Gpc. The model predicts CMB redshift and time dilatation of Type Ia supernovae by gravitation. It explains, without inflation theory, the isotropy and uniformity of the CMB. It predicts the correct value for the Hubble constant H_0 = 67.26 \pm 0.90 km/s/Mpc, the cosmic expansion rate H(z) in agreement with observations, and the speed of the event horizon. Through relativistic energy correction, our model also provides an explanation for critical density without use of dark matter. It explains that Type Ia supernovae redshifts are not related to the accelerated expansion of the universe and dark energy. It explains the reason for the established discrepancy between the non-covariant version of the holographic principle and the calculated dimensionless entropy (S/k) for the visible universe, which exceeds the entropy of a black hole. The model is in agreement with the distribution of radio sources in space, Type Ia data, and data from the HUDF optical and near-infrared survey.

연구 동기 및 목표

• 관측 가능한 우주가 직선으로 빛이 전파된다고 간주하는 표준 모델의 모순을 해결하기 위해, 일반 상대성 이론이 강한 중력장에서 빛이 굴절됨을 예측함에도 불구하고 중심 구로 간주하는 것에 대한 문제를 제기한다.
• 우주 마이크파 배경(CMB)의 관측된 등방성과 균일성을 인플레이션을 도입하지 않고 설명한다.
• 중력장 대칭성과 가우스의 통량 정리에 기반한 상대론적, 곡률이 있는 시공간 모델을 사용하여 측정된 허블 상수와 우주의 팽창률 H(z)를 설명한다.
• 홀로그래픽 원리와 가시 우주의 엔트로피 사이의 명백한 불일치를 기하학적 구조를 재정의함으로써 설명한다.
• 관측된 적색이동과 밀도 매개변수들이 암흑 물질이 아닌 중력적 적색이동과 상대론적 에너지 보정에서 유래함을 보여줌으로써 암흑 에너지와 암흑 물질의 필요성을 제거한다.

제안 방법

• 우주가 균일하고 등방적이라고 가정하고, 중력에 대해 가우스의 통량 정리를 적용하여 가시 우주의 총 질량(2×10⁵³ kg)을 중심점에 집중된 것으로 간주한다.
• R_ps = 3GM/c² 공식을 사용하여 광자 구역 반경을 계산하여 R_ps = 14.3 Gpc를 도출하며, 이 반경 이내의 모든 광자는 곡선 궤도를 따라 원형 궤도를 돌게 된다.
• 측정된 입자 시야 거리(14.0 ± 0.2 Gpc)를 반경 4.46 Gpc인 원의 호 길이로 재해석하며, 반경 방향의 직선 거리가 아니라고 본다.
• 가시 우주를 반경 4.46 Gpc인 얇은 팽창하는 3차원 구형 껍질로 모델링하며, 은하와 빛이 표면에서만 전파된다고 본다.
• 상대론적 에너지 보정을 사용하여 암흑 물질 없이도 임계 밀도를 설명하고, 중력 포텐셜을 통해 적색이동과 시간 지연 효과를 유도한다.
• 이 모델을 사용하여 제1형 초신성 데이터, CMB 적색이동(z=1166), 라디오 소스 수를 설명하며 관측 결과와의 일치를 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 천체 마이크파 배경(CMB)이 하늘 전체에 걸쳐 극도로 등방적인데, 이는 인플레이션을 도입하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ2 빛이 중력에 의해 굴절됨에도 불구하고, 측정된 입자 시야 거리 14.0 Gpc가 반경 방향의 직선 거리가 아니라고 볼 수 있는가?
• RQ3 암흑 에너지나 가속 팽창을 도입하지 않고도 관측된 허블 상수와 우주의 팽창률 H(z)를 재현할 수 있는가?
• RQ4 블랙홀의 엔트로피를 초월하는 가시 우주의 엔트로피를 비공변적 홀로그래픽 원리와 어떻게 조율할 수 있는가?
• RQ5 일반 상대성 이론과 중력 렌즈 효과를 정확히 고려할 경우, 가시 우주의 진정한 기하학적 구조는 무엇인가?

주요 결과

• 가시 우주는 반경 14.0 Gpc인 구가 아니라 반경 4.46 Gpc인 얇은 구형 껍질이며, 측정된 시야 거리 14.0 Gpc는 원의 둘레를 따라 측정된 호 길이이다.
• 이 모델은 H₀ = 67.26 ± 0.90 km/s/Mpc의 허블 상수를 예측하며, 플랑크 및 WMAP7 측정치와 뛰어난 일치를 보인다.
• 천체 마이크파 배경(CMB)은 이 껍질의 반대편에 있는 단일 지점에서 기인하며, 이는 인플레이션 없이도 등방성을 설명한다.
• 이 모델은 CMB의 적색이동을 z = 1166로 설명하고, 제1형 초신성의 시간 지연을 우주의 팽창이 아닌 중력적 적색이동으로 설명한다.
• 상대론적 에너지 보정을 적용하여 암흑 물질 없이도 임계 밀도와 부족한 질량을 설명한다.
• 관측된 초신성 적색이동은 암흑 에너지나 가속 팽창이 아닌, 껍질 모델 내의 운동적 및 중력적 효과 때문이라고 설명한다.