[논문 리뷰] Field Fractal Cosmological Model As an Example of Practical Cosmology Approach

Yu. V. Baryshev|arXiv (Cornell University)|2008. 10. 01.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 3인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 우주 팽창이 필요 없이, 분수차수 D=2인 분수적 분포의 물질에 의한 중력적 적색편이로 허블 법칙을 설명하는 필드 분수 우주모형(FGF)을 제안한다. 푸앵카레-멘델브로우의 분수적 물질 구조와 파인먼의 장 이론 중력 접근법을 조합하여, 허블 반경까지의 척도에서 규모 불변의 분수적 물질 분포를 가정함으로써, 관측된 선형 적색편이-거리 관계 z ∝ r를 유도한다. 이는 어두운 에너지나 비바리온 물질이 없이도 허블 법칙, 간섭계 우주배경복사, 대규모 구조를 통합적으로 설명할 수 있음을 의미한다.

ABSTRACT

The idea of the global gravitational effect as the source of cosmological redshift was considered by de Sitter (1916, 1917), Eddington (1923), Tolman (1929) and Bondi (1947). Also Hubble (1929) called the discovered distance-redshift relation as "De Sitter effect". For homogeneous matter distribution cosmological gravitational redshift is proportional to square of distance: z_grav ~ r^2. However for a fractal matter distribution having the fractal dimension D=2 the global gravitational redshift is the linear function of distance: z_grav ~ r, which gives possibility for interpretation of the Hubble law without the space expansion. Here the field gravity fractal cosmological model (FGF) is presented, which based on two initial principles. The first assumption is that the Feynman's field gravity approach describes the gravitational interaction, which delivers a natural basis for the conceptual unity of all fundamental physical interactions within the framework of the relativistic and quantum fields in Minkowski space. The second hypothesis is that the spatial distribution of gravitating matter is a fractal at all scales up to the Hubble radius. The fractal dimension of matter distribution is assumed to be D = 2, which implies that the global gravitational redshift is the explanation of the observed linear Hubble law. In the frame of the FGF all three phenomena - the cosmic background radiation, the fractal large scale structure, and the Hubble law, - could be the consequence of a unique large scale structure evolution process of the initially homogeneous ordinary matter without nonbaryonic matter and dark energy.

연구 동기 및 목표

• 우주의 팽창을 가정하지 않고 허블 법칙을 설명하는 우주론 모델을 개발하기 위해.
• 분수차수 D=2인 분수적 분포의 물질이 관측과 일치하는 선형 적색편이-거리 관계를 생성할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 동일한 물리적 프레임워크 내에서 간섭계 우주배경복사, 대규모 구조, 허블 법칙의 기원을 통합하기 위해.
• 미ン코프스키 시공간에서 장 이론적 중력 접근법이 천체물리 현상에 대해 일관된 기초를 제공할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 관측된 효과들이 분수적 물질 분포에서 발생하는 중력적 적색편이에 기인함으로써 어두운 에너지와 비바리온 물질의 필요성을 제거하기 위해.

제안 방법

• 미ン코프스키 시공간에서 중력의 기본 기술로 파인먼의 장 이론 중력 접근법을 채택하기 위해.
• 허블 반경까지의 모든 척도에서 분수차수 D=2인 중력적 물질의 분수적 분포를 가정하기 위해.
• 분수적 물질 분포를 가정한 장 이론적 수식을 통해 전역 중력적 적색편이를 유도하기 위해.
• 관측된 선형 허블 법칙과 일치하는 적색편이-거리 관계 z_grav ∝ r를 계산하기 위해.
• 대규모 구조의 진화를 동일한 기초적인 분수적 중력 과정의 결과로 모델링하기 위해.
• 간섭계 우주배경복사와 대규모 구조가 추가 성분 없이도 이 틀 안에서 자연스럽게 유도됨을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분수차수 D=2인 분수적 물질 분포가 중력적 적색편이를 통해 관측된 선형 허블 법칙을 재현할 수 있는가?
• RQ2 시공간의 곡률이 필요 없이, 미ン코프스키 공간에서 장 이론적 중력 접근법이 천체물리적 적색편이에 대해 일관된 기초를 제공할 수 있는가?
• RQ3 간섭계 우주배경복사와 대규모 구조가 분수적 우주에서의 단일 대규모 진화 과정의 결과로 설명될 수 있는가?
• RQ4 분수적 물질 분포에서 발생하는 중력 효과에 기인함으로써 어두운 에너지와 비바리온 물질의 필요성을 제거할 수 있는가?
• RQ5 분수차수 D=2는 균일 모델과 비교해 적색편이-거리 관계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 분수차수 D=2인 물질 분포에 기인해 모델은 관측된 허블 법칙과 일치하는 선형 적색편이-거리 관계 z ∝ r를 예측한다.
• 균일 모델에서 z_grav ∝ r²를 보이는 것과는 달리, D=2 분수적 모델은 선형 적색편이를 유도하여 우주의 팽창 없이도 허블 법칙에 자연스럽게 설명을 제공한다.
• 간섭계 우주배경복사와 대규모 구조는 FGF 틀 안에서 동일한 중력 과정의 결과로 나타남을 보였다.
• 어두운 에너지나 비바리온 물질이 필요 없이, 일반 물질과 장 이론 중력만으로도 천체물리 관측을 설명할 수 있다.
• 미ン코프스키 시공간에서의 장 이론 중력 접근법은 천체물리 척도 전역에서 중력 효과를 일관되고 통합적으로 기술할 수 있다.
• 모델은 허블 법칙, 대규모 구조, CMB에 대한 관측 데이터와 일치하며, 표준 천체물리학에 대한 타당한 대안을 제시한다.