[논문 리뷰] Experimental tests of the New Self Creation Cosmology and a heterodox prediction for Gravity Probe B

Garth A. Barber|arXiv (Cornell University)|2003. 02. 10.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 암흑 에너지나 우주상수를 도입하지 않고도 우주 팽창 가속을 설명할 수 있는 이단적 우주론 모델인 '자기 생성 우주론(Self Creation Cosmology)'을 제안한다. 이 모델은 총 밀도 파라미터가 1/3인 평탄한 공간을 예측하며, 일반 상대성 이론과는 달리 지오데식 프리세션을 일반 상대성 이론의 값의 5/6 수준으로 예측한다. 특히, 중력 탐사 위성 실험(Gravity Probe B)에서 연간 5.5 초각으로 예측된다.

ABSTRACT

The new Self Creation Theory predicts a universe that is spatially flat yet with a total density parameter of one third. Observationally it would appear to accelerate in its expansion. It does not require inflation, 'dark energy', 'quintessence' or a cosmological constant (dynamical or otherwise) to explain observed cosmological features. It does, however, require a moderate amount of 'cold dark matter'. It predicts identical results as General Relativity in standard experimental tests but two definitive experiments exist, which would distinguish between the two theories. Here these standard tests and two definitive experiments are described, together with another, third, definitive experiment: geodetic precession. This test of GR, which is about to be performed on the Gravity Probe B satellite, is an opportunity to falsify Self Creation Cosmology. The theory predicts a 'frame-dragging' result equal to GR but a geodetic precession of only 5/6, or 0.83 the GR value. When applied to the Gravity Probe B satellite, Self Creation Cosmology predicts a gyroscope precession about a direction perpendicular to the plane of the orbit of 5.5 arc sec/yr.

연구 동기 및 목표

• 자기 생성 우주론이 암흑 에너지나 우주상수를 도입하지 않고도 우주의 팽창 가속을 설명할 수 있는가를 테스트하는 것.
• 자기 생성 우주론과 일반 상대성 이론을 명확히 구별할 수 있는 실험적 검증 방법을 규명하는 것.
• 중력 탐사 위성 실험의 지오데식 프리세션 측정에 대해 특정하고도 반증 가능한 결과를 예측하는 것.
• 기존의 중력 실험 결과와의 비교를 통해 이 이론의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• 우주가 평탄하지만 총 밀도 파라미터 Ω_total = 1/3인 우주론 모델을 제안하며, 암흑 에너지를 필요로 하지 않는다.
• 이론을 일반 중력 이론의 표준 검증 실험에 적용하여, 해당 맥락에서는 일반 상대성 이론과 일치하는 결과를 도출한다.
• 두 이론을 명확히 구별할 수 있는 세 가지 실험을 규명한다: 프레임 드레깅, 지오데식 프리세션, 천체 우주 관측.
• 자기 생성 우주론에서의 지오데식 프리세션 효과를 일반 상대성 이론 예측의 5/6로 계산한다.
• 이 모델을 중력 탐사 위성에 적용하여, 예상 프리세션을 연간 5.5 초각으로 계산한다.
• 위성의 궤도 평면을 이용해 프리세션 방향을 정의하며, 수직 성분에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기 생성 우주론은 암흑 에너지나 우주상수를 요구하지 않고도 일반 상대성 이론의 타당한 대안이 될 수 있는가?
• RQ2 중력 탐사 위성에서 측정된 지오데식 프리세션 결과가 자기 생성 우주론을 반증할 수 있는가?
• RQ3 자기 생성 우주론에서의 지오데식 프리세션 크기는 일반 상대성 이론과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 이 이론은 총 밀도 파라미터가 1/3임에도 불구하고 평탄한 공간을 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ5 어떤 실험 결과가 자기 생성 우주론과 표준 일반 상대성 이론을 명확히 구별할 수 있는가?

주요 결과

• 자기 생성 우주론은 정확히 1/3인 총 밀도 파라미터를 예측하며, 암흑 에너지를 요구하지 않지만 평탄한 공간과 일치한다.
• 이 이론은 모든 일반 중력 이론의 표준 실험 테스트에서 일반 상대성 이론과 동일한 결과를 예측한다.
• 중력 탐사 위성 실험에서 이 이론은 지오데식 프리세션을 연간 5.5 초각으로 예측하며, 이는 일반 상대성 이론 예측의 5/6에 해당한다.
• 프레임 드레깅 효과는 일반 상대성 이론과 동일하게 예측되어, 두 이론을 구별하는 데에는 부적합하다.
• 지오데식 프리세션 실험은 명백한 정량적 예측을 바탕으로 두 이론을 명확히 구별할 수 있는 결정적 실험으로 규명된다.
• 이 모델은 관측 천체우주론과 일치하면서도, 관측된 우주 팽창 가속 현상에 대해 새로운 설명을 제공한다.