[논문 리뷰] The equation of vacuum state and the structure formation in universe

С. Л. Черкас, В. Л. Калашников|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 15.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 21인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 진공이 정의된 상태방정식과 음속을 가진 양자 유체로 행동한다고 제안하며, 이는 영 진공 엔트로피 조건 하에서 유도되며, 어두운 물질 없이 밀느-유사 우주에서 구조 형성 가능하게 한다. 다섯 벡터 이론의 중력(FVT)을 사용하여, 소규모 스케일에서 진공과 물질의 불안정성이 선형적으로 증가함을 보여주며, 관측 결과와 일치하는 이른바 강력한 구조 형성 메커니즘을 제시한다. 이는 진공 변동에서 어두운 에너지와 어두운 물질을 통합한다.

ABSTRACT

The vacuum is considered as some fluid emergent from the zero-point fluctuations of the quantum fields contributing to the vacuum energy density and pressure. The equation of vacuum state and the speed of vacuum sound-waves are deduced under the assumption of zero vacuum entropy. The evolution of the background space-time metric resembles that of the Milne's-like universe. In the framework of the five-vector theory of gravitation allowing an arbitrary choice of the energy density reference level, the dynamics of the vacuum, pressureless matter, and space-time metrics perturbations are traced under this background. The obtained results show the very early formation of the Universe structure without the need for dark matter. Thus, a vacuum can be considered as some of the dark-energy-matter unification.

연구 동기 및 목표

• 진공 에너지를 물리적 유체로 재해석함으로써 우주론적 상수 문제를 해결하기 위해.
• 진공 변동만으로 어두운 물질을 도입하지 않고도 구조 형성이 가능한지 탐구하기 위해.
• 물리적 진공 에너지가 발산 없이 기여할 수 있도록 임의의 기준 에너지 밀도를 允허하는 다섯 벡터 이론의 중력(FVT)을 활용한 프레임워크를 개발하기 위해.
• 진공과 압력이 없는 물질의 선형 진화를 모델링하여 관측된 대규모 구조와 일치하는 성장 특성을 보여주기 위해.
• 진공의 고유 성질—특히 음속과 상태방정식—이 어두운 에너지와 어두운 물질 효과를 통합할 수 있는지 입증하기 위해.

제안 방법

• 영 엔트로피 진공 변동에서 유도된 상태방정식과 음속을 바탕으로 진공을 양자 유체로 간주하여 진공의 상태방정식과 음속을 유도하기 위해.
• 메트릭을 등각적으로 단조로운 형태로 제한함으로써 아인슈타인-힐버트 작용을 수정하는 다섯 벡터 이론의 중력(FVT)을 적용하기 위해.
• FVT에서 해밀토니안 및 운동량 제약 조건을 사용하여 프리드만 방정식이 임의의 상수까지 만족됨을 보여주며, 물리적 진공 에너지를 발산하는 제로-포인트 기여로부터 분리할 수 있음을 입증하기 위해.
• 헤블 파라미터 H를 핵심 척도로 사용하는 밀느 우주와 유사한 배경 메트릭에서 진공과 압력이 없는 물질의 선형 불안정성 방정식을 수립하기 위해.
• 공동 기준계에서 연립 불안정성 방정식 (32)–(37)을 해결하여 적색편이 z=1100부터 후속 시기까지의 밀도 대비 성장 인자 D_k(z)를 추적하기 위해.
• 두 가지 물질 밀도 조건—Ω_m = 0.03(표준 모델) 및 Ω_m = 0.3(선형적으로 일정한 우주론에 유리함)—을 비교하여 스케일 전반의 구조 성장 특성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진공의 고유한 양자 변동만으로 어두운 물질 없이 천체 구조 형성이 가능할 수 있는가?
• RQ2 영 엔트로피 프레임워크 하에서 진공 유체의 상태방정식과 음속은 무엇인가?
• RQ3 다섯 벡터 이론의 중력(FVT)이 발산 없이 물리적 진공 에너지가 시공간 곡률에 기여하도록 허용하는 방식은 무엇인가?
• RQ4 밀느-유사 우주에서 진공과 물질의 불안정성은 어느 정도 성장하는가? 이 성장은 관측된 구조 형성 타임라인과 일치하는가?
• RQ5 진공의 행동이 상태방정식과 음파 전파를 통해 어두운 에너지와 어두운 물질 효과를 통합할 수 있는가?

주요 결과

• 진공이 영 엔트로피 진공 변동에서 기인하는 정의된 상태방정식과 음속을 가진 양자 유체로 행동함을 입증하였다.
• 다섯 벡터 이론의 중력(FVT)에서 프리드만 방정식은 임의의 상수까지 만족하며, 물리적 진공 에너지를 발산하는 제로-포인트 기여로부터 분리할 수 있음을 보였다.
• 불안정성 성장 분석 결과, 소규모 스케일(은하단 수준)에서 비균형 상태에 이르게 되어 이른바 강력한 구조 형성이 발생했음을 시사한다.
• 파동 수 k > H 인 경우 불안정성이 시간이 지남에 따라 증가하고, k < H 인 경우 감소함을 보여, H가 구조 진화의 임계 척도로 작용함을 확인하였다.
• 이 모델은 어두운 물질 없이도 구조 형성을 예측한다: 소규모 스케일에서의 밀도 대비 성장 인자 D_k(z)는 심지어 Ω_m = 0.3일 때도 1을 초월하며, 이는 진공 변동만으로도 대규모 구조가 형성될 수 있음을 시사한다.
• 결과는 소규모 스케일에서의 진공 응집 현상이 어두운 물질 허브를 모방할 수 있음을 시사하지만, 비선형 역학은 이 선형 불안정성 분석의 범위를 초월한다.