[논문 리뷰] A Quantum Cosmology: No Dark Matter, Dark Energy nor Accelerating Universe

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|2007. 09. 18.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 30인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 정보 이론적 기초 기하학을 바탕으로 한 양자 우주론 모델을 제안한다. 여기서 공간과 중력은 뉴턴 상수 G와 미세구조 상수 α라는 두 개의 결합 상수를 가진 동적인 3차원 공간에서 유도된다. 이 모델은 어두운 물질이나 어두운 에너지를 도입하지 않고도 나선형 은하의 회전곡선, 블랙홀 질량, 보어홀 g 비정상성, 초신성 및 감마선 폭발의 적색편이 데이터를 설명한다. 이는 관측치와 정확히 일치하는 매개변수 없는 허블 팽창을 유도하며, 표준 ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, ΩDM=0.27)가 잘못된 GR-FLRW 역학에 기인한 산물임을 보여준다.

ABSTRACT

We show that modelling the universe as a pre-geometric system with emergent quantum modes, and then constructing the classical limit, we obtain a new account of space and gravity that goes beyond Newtonian gravity even in the non-relativistic limit. This account does not require dark matter to explain the spiral galaxy rotation curves, and explains as well the observed systematics of black hole masses in spherical star systems, the bore hole $g$ anomalies, gravitational lensing and so on. As well the dynamics has a Hubble expanding universe solution that gives an excellent parameter-free account of the supernovae and gamma-ray-burst red-shift data, without dark energy or dark matter. The Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) metric is derived from this dynamics, but is shown not satisfy the General Relativity based Friedmann equations. It is noted that General Relativity dynamics only permits an expanding flat 3-space solution if the energy density in the pressure-less dust approximation is non-zero. As a consequence dark energy and dark matter are required in this cosmological model, and as well the prediction of a future exponential accelerating Hubble expansion. The FLRW $Λ$CDM model data-based parameter values, $Ω_Λ=0.73$, $Ω_{DM}=0.27$, are derived within the quantum cosmology model, but are shown to be merely artifacts of using the Friedmann equations in fitting the red-shift data.

연구 동기 및 목표

• 어두운 물질이나 어두운 에너지를 도입하지 않고도 천체 현상을 설명할 수 있는 기초 기하학적 양자 우주론을 개발하는 것.
• 수렴 문제를 해결하고, 동적인 3차원 공간 모델을 통해 중력을 양자 전기역학과 통합하는 것.
• 관측된 ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, ΩDM=0.27)가 GR-FLRW 우주론에서 잘못된 프리드만 방정식을 사용했을 때 발생하는 산물임을 보여주는 것.
• 양자 호모토피 필드 이론(QHFT)에서 기인한 중력의 기원을 유도하고, 등가 원리와 뉴턴 중력 법칙이 고전적 극한에서 나타나도록 하는 것.
• 에너지 밀도가 0인 경우에도 허블 팽창이 발생할 수 있음을 보여주며, 이는 GR-FLRW 이론에서 팽창을 이끄는 데 비제로 에너지 밀도가 필요하다는 요구 조건과 정면으로 배치된다.

제안 방법

• 공간, 시간, 양자 물질이 확률적 과정에서 유도되는 정보 이론 원리를 사용해 기초 기하학적 체계로 우주를 모델링한다.
• 양자 호모토피 필드 이론(QHFT)을 적용해 3차원 공간의 양자 거품 구조를 기술하며, 양자 물질을 위상 결함으로 간주한다.
• 동적인 3차원 공간을 위한 최소한의 고전적 장 이론을 구성하고, 두 개의 결합 상수인 G와 미세구조 상수 α를 도입한다.
• 스chrödinger 및 디рак 방정식을 동적인 3차원 공간에 일반화하여 기원하는 중력과 등가 원리를 도출한다.
• 프리드만-레마트르-로버슨-워커(FLRW) 계량을 3차원 공간의 역학에서 도출하지만, 이가 일반 상대성 이론의 표준 프리드만 방정식을 만족하지는 않음을 보여준다.
• 모델의 허블 함수를 초신성 및 감마선 폭발의 적색편이 데이터에 적합시켜 어두운 에너지나 어두운 물질 없이도 매개변수 없는 일치를 달성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기초 기하학적 양자 우주론은 어두운 물질을 도입하지 않고도 은하의 회전곡선과 블랙홀 질량을 설명할 수 있는가?
• RQ2 두 개의 결합 상수(G와 α)를 가진 동적인 3차원 공간 모델이 어두운 에너지나 어두운 물질 없이 관측된 천체 우주론적 데이터를 재현할 수 있는가?
• RQ3 이 모델의 데이터에 대해 GR-FLRW를 적합했을 때 어두운 성분이 없음에도 불구하고 ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, ΩDM=0.27)가 나타나는 이유는 무엇인가?
• RQ4 에너지 밀도가 비제로가 아닐 때도 동적인 3차원 공간 모델이 허블 팽창을 어떻게 설명할 수 있는가? 이는 GR-FLRW 예측과 정면으로 배치된다.
• RQ5 유도된 시공간 계량에서 리치 스칼라 곡률의 기원은 무엇이며, 평탄한 3차원 공간에서도 시공간의 비평탄함을 암시하는가?

주요 결과

• 모델은 초신성 및 감마선 폭발의 적색편이 데이터에 대해 매개변수 없는 정확한 적합을 제공하며, 어두운 에너지나 어두운 물질 없이도 허블 팽창을 설명한다.
• 관측된 ΛCDM 모델의 ΩΛ=0.73 및 ΩDM=0.27는 실제로는 본질적으로 다른 역학을 가진 시스템의 데이터에 대해 잘못된 GR-FLRW 모델을 적합했을 때 발생하는 산물임을 보여준다.
• 에너지 밀도가 0이어도 동적인 3차원 공간 모델은 허블 팽창을 허용하며, 이는 GR-FLRW 이론이 팽창을 이끄는 데 비제로 에너지 밀도가 필요하다는 조건과 정면으로 배치된다.
• 미세구조 상수 α는 보어홀 g 비정상성 데이터와 블랙홀 질량 데이터로부터 독립적으로 결정되며, 이는 양자 전기역학과 3차원 공간 역학 간의 통합을 암시한다.
• 유도된 시공간 계량은 비제로 리치 스칼라 곡률(R ≈ -96+24α / (4+α)²t²)을 가지며, 이는 평탄한 3차원 공간에서도 시공간의 비평탄함을 나타내며, 시공간 구조가 철학적으로 기본적이지 않음을 보여준다.
• 중력은 동적인 3차원 공간 내에서 양자 물질의 파동 성질에서 기인하며, 등가 원리와 뉴턴 중력 법칙은 고전적 극한에서 유도되며, 이는 중력의 근본 원리로부터의 유도를 제공한다.