[논문 리뷰] MOND cosmology from holographic principle

Hongsheng Zhang, Xin-Zhou Li|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 15.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 호로그래픽 원리에 기반한 천체론 모델을 유도하여 은하 스케일에서 MOND를 재현하며, 우주론적 스케일에서 임계 가속도 매개변수 $a_c$를 유일하게 유도한다. 자연스럽게 연령 기반 어두운 에너지 항을 생성하여, 어두운 물질과 어두운 에너지를 모두 바리온 물질만으로 설명함으로써 MOND의 일치 문제 $a_c \sim cH_0$를 해결한다. 이 모델은 엔트로피 중력에 의해 바리온 물질만으로 어두운 물질과 어두운 에너지를 통합한다.

ABSTRACT

We derive the MOND cosmology which is uniquely corresponding to the original MOND at galaxy scales via entropic gravity method. It inherits the key merit of MOND, that is, it reduces the baryonic matter and non-baryonic dark matter into baryonic matter only. For the first time we obtain the critical parameter in MOND, i.e., the transition acceleration $a_c$ at cosmological scale. We thus solve the long-standing coincidence problem $a_c\sim cH_{0}$. More interestingly, a term like age-graphic dark energy emerges naturally. In the frame of this MOND cosmology, we only need baryonic matter to describe both dark matter and dark energy in standard cosmology.

연구 동기 및 목표

• 우주의 스케일에서 $a_c$를 유도함으로써 오랫동안 지속된 MOND의 일치 문제를 해결하는 것, 특히 $a_c \sim cH_0$.
• 은하 스케일에서 MOND 행동을 재현하는 호로그래픽 원리에 기반한 천체론 모델을 구축하는 것.
• 비바리온 어두운 물질이 필요 없이 어두운 물질과 어두운 에너지를 모두 바리온 물질만으로 설명할 수 있음을 보여주는 것.
• 엔트로피 중력 프레임워크에서 나이지기 어두운 에너지 항을 자연스럽게 도출하는 것.

제안 방법

• 우주의 스케일에서 호로그래픽 원리에 기반한 엔트로피 중력 접근법을 적용하여 MOND 유사 역학을 도출하는 것.
• 호로그래픽 원리를 사용하여 우주의 시야의 엔트로피를 중력 역학과 연결함으로써 수정된 중력 법칙을 이끌어내는 것.
• 특히 허블 상수 $H_0$를 포함한 우주론적 매개변수에서 임계 가속도 스케일 $a_c$를 도출하는 것.
• 효과적인 중력력에 나이지기 어두운 에너지와 유사한 항이 포함된 천체론 모델을 구성하는 것.
• 수정된 힘 법칙을 원래의 MOND 현상학과 일치시킴으로써 은하 스케일에서 MOND의 일관성을 확보하는 것.
• 유도된 모델이 비바리온 어두운 물질과 어두운 에너지를 모두 바리온 물질만으로 발생시키는 효과로 환원됨을 보여주는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MOND의 임계 가속도 스케일 $a_c$가 경험적 입력이 아니라 우주의 원리로부터 유도될 수 있는가?
• RQ2 호로그래픽 원리에 의해 MOND 유사 천체론에서 나이지기 어두운 에너지와 유사한 항이 자연스럽게 생성되는가?
• RQ3 비바리온 어두운 물질이 필요 없이 바리온 물질만으로 어두운 물질과 어두운 에너지 효과를 모두 설명할 수 있는가?
• RQ4 기반 원리가 호로그래픽 원리인 엔트로피 중력 프레임워크가 은하 스케일에서 MOND를 재현하면서도 우주론적 스케일로 일관되게 확장되는가?
• RQ5 관측된 일치 $a_c \sim cH_0$는 더 깊은 물리 원리의 결과이며, 호로그래픽 접근법으로 유도될 수 있는가?

주요 결과

• MOND의 임계 가속도 스케일 $a_c$가 우주론적 매개변수, 특히 $a_c \sim cH_0$로부터 유도되어 오랫동안 지속된 일치 문제를 해결한다.
• 나이지기 어두운 에너지 항이 호로그래픽 엔트로피 중력 프레임워크에서 자연스럽게 나타난다.
• 이 모델은 비바리온 물질을 사용하지 않고도 바리온 물질만으로 은하 스케일에서 MOND 역학을 성공적으로 재현한다.
• 이 우주론적 모델은 바리온 물질과 호로그래픽 원리에 기반한 단일 프레임워크 내에서 어두운 물질과 어두운 에너지 효과를 통합한다.
• 이론적으로 비바리온 어두운 물질가 필요 없음을 보여주며, 그 효과가 바리온 물질만으로 엔트로피 중력에 의해 재현됨을 보여준다.
• 모델이 은하 스케일의 MOND 현상학과 우주론 관측 모두와 일관됨을 $a_c$ 유도와 어두운 에너지 유사 항의 발생을 통해 입증한다.