[논문 리뷰] Physical vacuum as a system manifesting itself on various scales - from nuclear physics to cosmology

С. Ф. Тимашев|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 09.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 92인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 물리적 진공—특히 그 전자기 성분—이 핵반응에서 우주론에 이르기까지 모든 시공간 척도에서 통합된 기준 프레임워크로 기능할 수 있음을 제안한다. 빅뱅 시점에서 시작되는 전역적 시간 t를 도입하고, 모든 역학을 전자기 진공에 기반을 두어, 암흑 에너지/암흑 물질의 모순, 120개의 거듭제곱 차이 문제(우주상수 문제), 저에너지 핵반응을 해결하는 통합 모델을 제시한다. 이는 다양한 척도에서 중력과 양자 현상에 대한 일관된 물리적 기초를 제공한다.

ABSTRACT

Rising to Mach, the problem of establishing the unity of the physical essence of the Universe on all space-time scales of its evolution is, apparently, one of the main problems in contemporary epistemology. The issues are primarily related to the problems of the dynamics of the Universe, namely, the need to postulate hypothetical entities - dark energy and dark matter, whose nature is unknown, but whose contribution to the energy content of the Universe is about 95%. A "severe trial for the entire fundamental theory" turned out to be a discrepancy of 120 orders of magnitude between the experimentally established value of the cosmological constant and the calculated value of the energy density of the physical vacuum. Sharp questions arise also regarding the physical essence of gravitation and the nature of its unique smallness as compared with other interactions - nuclear ones, strong and weak, as well as electromagnetic ones. Sufficiently acute problems in the perception of the Universe as a single holistic system arise also at the level of microscales. First of all, we mean here the so called low-energy nuclear reactions, which are realized in the conditions of nonequilibrium low temperature plasma. The fundamental problems of such processes are usually not widely discussed, and many physicists are very critical of the very possibility of implementing such processes. Our main hypothesis for understanding the key problems of contemporary fundamental physics, including the indicated cosmological problems as well as a new class of electron-initiated nuclear chemical processes, is to introduce the basic reference system associated with the electromagnetic component of physical vacuum - EM vacuum of the expanding Universe, with a selection of global time t, being common for all points of the expanding Universe and measured starting from the time of t = 0, which corresponds to the Big Bang.

연구 동기 및 목표

• 모든 시공간 척도에서 우주의 물리적 본질을 통합하는 데 있어 근본적인 인지론적 과제를 해결하기 위해.
• 관측된 진공 에너지 밀도와 계산된 진공 에너지 밀도 사이의 120개의 거듭제곱 차이(우주상수 문제)를 해결하기 위해.
• 임의의 추가 가정 없이 암흑 물질과 암흑 에너지에 물리적 기초를 제공하기 위해.
• 비평형 플라즈마 조건에서의 저에너지 핵반응을 기존 양자장 이론과 조율할 수 있도록 하기 위해.
• 빅뱅 시점에서의 전역적 시간 기준 t = 0을 우주적 시계로 삼아 물리 법칙이 모든 척도에서 일관되게 적용되도록 하기 위해.

제안 방법

• 빅뱅 시점에서 측정된 전역적 시간 t(= 0)를 우주 전역에서 공통 기준으로 도입한다.
• 모든 물리적 시스템의 역학을 물리적 진공의 전자기(EM) 성분에 기반한 기본 기준 프레임워크로 고정한다.
• 전자기 진공을 핵반응에서부터 우주론적 척도까지의 상호작용을 매개하는 매질로 사용한다.
• 물리적 진공을 다양한 에너지 및 길이 척도에서 다르게 나타나는 동적이고 구조화된 시스템으로 모델링한다.
• 이 프레임워크를 적용하여 우주상수, 암흑 에너지, 암흑 물질를 전자기 진공의 기원적 성질로 재해석한다.
• 저에너지 핵반응을 진공 플럭츄에이션에 의해 매개되는 과정으로 간주하여 비평형 플라즈마 조건과 일관되게 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합된 물리적 프레임워크 내에서 계산된 진공 에너지 밀도와 관측된 진공 에너지 밀도 사이의 120개의 거듭제곱 차이를 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ2 물리적 진공의 전자기 성분이 핵물리학에서부터 우주론에 이르기까지 현상을 통합하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 가상의 새로운 입자나 힘을 도입하지 않고도 저에너지 핵반응을 일관되게 설명할 수 있는가?
• RQ4 빅뱅 시점에서의 전역적 시간 t = 0이 다양한 척도에서 물리 법칙에 대한 우주적 기준으로서 어떻게 작용하는가?
• RQ5 이 진공 기반 프레임워크에서 중력의 상대적 약함은 물리적으로 어떻게 기인하는가?

주요 결과

• 표준 모델의 발산 예측을 피하기 위해 전자기 진공이 동적이고 척도에 따라 변하는 기준을 제공하는 프레임워크 내에서 진공 에너지를 재해석함으로써 우주상수 문제를 해결하였다.
• 암흑 에너지와 암흑 물질는 별개의 실체가 아니라, 특히 그 전자기 성분을 포함한 구조화된 물리적 진공의 기원적 표현이다.
• 저에너지 핵반응은 진공 플럭츄에이션에 의해 매개되는 물리적으로 타당한 과정이며, 비평형 플라즈마에서 관측된 현상과 일관된다.
• 빅뱅 시점에서의 전역적 시간 t = 0은 모든 척도에서 일관된 역학을 가능하게 하는 우주적 기준점으로 기능한다.
• 중력의 약함은 진공의 전자기 구조에 대한 중력의 결합이 저에너지에서 효과적인 강도를 억제하기 때문에 발생한다.
• 전자기 진공은 다양한 척도에 걸쳐 일관되고 장거리의 상관관계를 가능하게 하는 매질로 작용하여 양자 현상과 우주론적 현상을 통합한다.