[논문 리뷰] Cosmological applications of a geometrical interpretation of "c"

J.-M. Vigoureux P. Vigoureux B. Vigoureux, Vigoureux, P.외 1명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2007. 11. 26.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 빛의 속도 $c$가 자연의 상수일 뿐 아니라 우주의 팽창과 관련된 기하학적 성질이라고 제안한다. 이는 $c = \pi \, dR/dt$로 표현되며, $c$를 우주의 반지름 변화율에 비례하는 것으로 재해석한다. 이러한 기하학적 해석은 우주의 진짜 곡률과는 무관하게 우주가 평탄해 보이게 하여 평탄성 문제를 해결하고, 우주 마이크파배경의 균일성을 설명하며, 우주 가속화를 요구하지 않고도 타입 Ia 초신성 데이터를 잘 맞춘다.

ABSTRACT

We make the hypothesis that the velocity of light and the expansion of the universe are two aspects of one single concept connecting space and time in the expanding universe. We show that solving Friedman's equations with that interpretation (keeping c = constant) could explain number of unnatural features of the standard cosmology. We thus examine in that light the flatness and the quintessence problems, the problem of the observed uniformity in term of temperature and density of the cosmological background radiation and the small-scale inhomogeneity problem. We finally show that using this interpretation of c leads to reconsider the Hubble diagram of distance moduli and redshifts as obtained from recent observations of type Ia supernovae without having to need an accelerating universe.

연구 동기 및 목표

• 표준 우주론에서의 평탄성 문제를 해결하기 위해 $c$를 우주의 팽창과 관련된 기하학적 특성으로 재해석한다.
• 정밀조정 없이도 관측된 대규모 균일성과 등방성을 설명함으로써 수평 문제를 해결한다.
• 작은 척도의 비균일성(예: 은하)과 큰 척도의 균일성 간의 공존을 기하학적 $c$로 설명한다.
• 우주 가속화를 가정하지 않고도 $z < 1$ 및 $z > 1$ 범위에서 타입 Ia 초신성의 허블도를 잘 맞춘다.
• 상대성 이론, 중력, 우주론에서 $c$의 역할을 시공간 기하학에 뿌리를 두어 통합한다.

제안 방법

• 새로운 해석 제안: $c = \pi \, dR/dt$로 하여 $c$를 우주의 반지름 변화율과 직접적으로 연결한다.
• 표준 프리드만 방정식을 수정하여 $c$는 일정하지만 $dR/dt$로부터 유도된 형태로 유지함으로써 방정식의 타당성을 유지한다.
• 관계 $c = \pi \, dR/dt$를 사용하여 새로운 허블 파am터 및 거리 모듈러스 표현을 유도한다: $\mu = 25 + 5\log(c/H_0) + 5\log(1+z) + 5\log\ln(1+z)$.
• 이 수정된 거리 모듈러스를 사용하여 $z \approx 0.1$에서 $z \approx 1.8$까지의 타입 Ia 초신성 데이터를 가속화 없이도 적합시킨다.
• 두 번째 프리드만 방정식에서 $\Lambda c^2 \approx 4\pi G\rho$의 관계를 도출하여, 우주상수와 물질 밀도를 연결한다.
• 우주 모델이 맥스의 원리와 양자 우주론과 연결되도록 $GM/(Rc^2) = \text{상수}$ 및 $\Lambda \propto 1/R^2$의 관계를 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 우주론에서 평탄한 해가 불안정한데도 불구하고, 왜 우주는 이 정도로 평탄한가?
• RQ2 우주 마이크파배경의 대규모 균일성을 정밀조정이나 인플레이션 없이 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ3 관측된 타입 Ia 초신성의 허블도를 우주 가속화를 가정하지 않고도 맞출 수 있는가?
• RQ4 팽창하는 우주에서 빛의 속도 $c$의 기초적인 기하학적 기원은 무엇인가?
• RQ5 기하학적 $c$ 해석 하에서 작은 척도의 비균일성과 큰 척도의 균일성이 어떻게 공존할 수 있는가?

주요 결과

• 기하학적 $c$의 역할 덕분에 진짜 곡률과는 무관하게 우주가 평탄해 보이므로, 모델은 평탄성 문제를 해결한다.
• 수정된 거리 모듈러스 $\mu = 25 + 5\log(c/H_0) + 5\log(1+z) + 5\log\ln(1+z)$는 우주 가속화 없이도 $z < 1$ 및 $z > 1$ 범위에서 타입 Ia 초신성 데이터를 잘 맞춘다.
• $\Lambda c^2 \approx 4\pi G\rho$의 관계는 우주상수 밀도가 물질 밀도와 비슷한 순서수임을 자연스럽게 설명한다.
• $GM/(Rc^2) = \text{상수}$ 조건이 도출되어 모델이 맥스의 원리와 연결된다.
• $\Lambda \propto 1/R^2$ 관계는 양자 우주론과 관측 데이터 모두와 일치한다.
• 기하학적 성격 덕분에 관측자가 반대편에 있는 천체를 관측할 가능성도 열려 있다.