[논문 리뷰] A Possible Universal Model without Singularity and its Explanation for Evolution of the Universe

Shihao Chen|arXiv (Cornell University)|2006. 11. 22.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 대칭적인 s-입자와 v-입자에 기반한 특이점이 없는 우주론적 모델을 제안한다. S-공간과 V-공간은 힉스 필드 기대값을 제외하고는 서로 다르지 않다. 우주 팽창의 가속, 인플레이션, 어둠센 에너지가 상호 반발과 상전이에 의해 기인하는 현상으로 설명되며, 초기 특이점이 없는 우주를 도출하고 질량 적색편이와 오목렌즈 유사한 공극과 같은 관측 가능한 효과를 예측한다.

ABSTRACT

New hypotheses are proposed that there are s-particles and v-particles which are symmetric and mutually repulsive, there are S-space and V-space whose essential difference is only that their expectation values of the Higgs fields are different. In S-space the S-SU(5) symmetry is broken into S-SU(3)XU(1), and V-SU(5) symmetry still holds. As a consequence, s-particles get their masses determined by the SU(5) GUT and form the S-world, and v-particles are all massless and form SU(5) colour-single states which are identified with dark energy. The following results are obtained. There is no spacetime singularty, and there is the highest temperature in the universe. The creating process of one world is just the annihilating process of the other world in the highest temperature. A formula which well describes the luminous distance and redshift is obtained. The results of the Guth's inflationary scenario are obtained. Decelerated expanding early stage and accelerated expanding now stage of the universe are explained. New predictions are follows. Some huge cavities in V-space are not empty, in which there is s-matter with larger density, and are equivalent to huge concave lenses. The given tharacters of some huge cavities are well explained. The gravitation between two galaxies distant enough will lesser than that predicted by the conventional theory. A possible explanation for the big redshift of quasi-stellar objects is presented. Huge redshifts of quasars are mass redshifts. The universe is composed of infinite universal islands. It is possible that there is a new annihilating mode of black holes with their very huge masses, and there are very huge white holes which are different from that predicted by conventional theory.

연구 동기 및 목표

• 표준 우주론에서의 시공간 특이점 문제를 대칭적이며 상호 반발하는 s-입자와 v-입자 도입을 통해 해결하고자 한다.
• 우주론적 상수나 정밀 조정된 어둠센 에너지를 도입하지 않고도 관측된 우주의 가속 팽창을 설명하고자 한다.
• 상전이와 대칭 깨짐을 기반으로 한 단일 프레임워크 내에서 초기 감속 팽창과 후기 가속 팽창을 통합하고자 한다.
• 무질량의 v-입자가 V-공간에 존재하는 것으로서 어둠센 에너지를 질량이 없는 v-입자로 기술하고, 기존 진공 에너지와는 구별하고자 한다.
• 활성은하핵에서의 질량 적색편이와 우주에서의 빈도가 비어 있지 않은 렌즈 유사한 공극과 같은 새로운 천체물리 현상을 예측하고자 한다.

제안 방법

• S-공간과 V-공간에서 각기 다른 힉스 필드 기대값을 가진 두 가지 대칭적인 입자 유형—s-입자(질량이 있는, 가시물질을 구성함)와 v-입자(무질량, 어둠센 에너지를 구성함)—를 도입한다.
• SU(5) GUT 대칭 깨짐을 적용: S-SU(5)는 S-SU(3)×U(1)로 깨지며, v-입자에 질량이 부여되지 않도록 V-SU(5)는 유지된다. 이로써 s-입자는 질량을 얻고 v-입자는 무질량 상태를 유지한다.
• 우주를 수축 단계와 팽창 단계를 반복하는 사이클로 모델링하며, 최고 온도에서 S-세계와 V-세계가 상호 상쇄되고 재창조되는 상전이가 발생한다.
• 에너지 밀도 ρ에 대한 함수로 표현된 k(ρ)를 포함한 수정된 프리드만 방정식을 유도함으로써 동적 곡률을 가능하게 하고, 감속 팽창과 가속 팽창을 모두 설명한다.
• 표준 도플러 또는 우주론적 적색편이와는 다름없이 반발력 잠재 에너지와 질량에 의존하는 이동에 기반한 적색편이 메커니즘을 도입한다.
• 시간에 따라 변화하는 k(ρ) 함수를 사용하여 개방, 평탄, 폐쇄 기하학으로의 전이를 모델링하며, 순수 에너지 밀도 ρ=ρ_v−ρ_s에 따라 k=±1 또는 0이 된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대칭적이며 상호 반발하는 물질 부문을 사용하여 시공간 특이점이 없는 우주를 구성할 수 있는가?
• RQ2 우주론적 상수를 도입하지 않고도 감속 팽창에서 가속 팽창으로의 전이를 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ3 이 모델에서 어둠센 에너지의 기원은 무엇이며, V-공간의 무질량 v-입자와의 관계는 어떠한가?
• RQ4 활성은하핵의 적색편이는 우주론적 또는 도플러 적색편이가 아니라 질량 적색편이로 설명될 수 있는가?
• RQ5 큰 스케일 빈도에서 v-물질의 관측 가능한 서명은 무엇이며, 중력 렌즈에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 모델은 우주의 최고 온도를 예측하여 시공간 특이점을 제거하고, 빅뱅을 S-세계와 V-세계 간의 상전이로 대체한다.
• 관측 데이터와 일치하는 광원 거리-적색편이 관계를 도출하였으며, 어둠센 에너지나 우주론적 상수를 요구하지 않는다.
• 이 모델은 구트의 인플레이션 시나리오를 재현하며, 최고 온도 단계 이후 재가열 후 급격한 팽창 기간을 포함한다.
• 우주는 초기에 감속 팽창을 보이다가 현재는 가속 팽창을 보이며, 이는 동적 곡률 k(ρ)와 에너지 밀도의 진화로 설명된다.
• S-공간 내에 거대한 공극이 존재하며, 이는 v-물질을 포함하고 있으며 오목렌즈 유사한 작용을 하여 관측된 대규모 구조와 렌즈 이상 현상을 설명할 수 있다.
• 원거리 은하 간의 중력적 인력은 표준 일반 상대성 이론보다 v-물질의 반발 효과로 인해 더 약해질 것으로 예측된다.