[논문 리뷰] Unravelling the Dark Matter - Dark Energy Paradigm

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|2009. 01. 26.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 28인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 암흑 물질과 암흑 에너지를 요구하지 않고 우주 팽창, 은하 회전 곡선, 초신성 데이터를 설명하는 역학적 3차원 공간 이론을 제안한다. 뉴턴 역학을 천체물리학에 확장하여 파rameter-free 모델을 유도하며, 표준 ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, Ωm=0.27)가 FLRW-GR에 이론을 적합시킬 때 유일하게 나타나는 수학적 산물일 뿐이며, 물리적 필연성에서 비롯되지 않는다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

The standard LambdaCDM model of cosmology is usually understood to arise from demanding that the Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) metric satisfy the General Relativity dynamics for spacetime metrics. The FLRW data-based dominant parameter values, Omega_Lambda=0.73 and Omega_m=0.27 for the dark energy and dark matter+matter, respectively, are then determined by fitting the supernova red-shift data. However in the pressure-less flat-space case the LambdaCDM model is most easily derived from Newtonian gravity, and which was based on the special case of planetary motion in the solar system. Not surprisingly when extended to galactic rotations and cosmology Newtonian dynamics is found to be wanting, and the fix-up involves introducing dark matter and dark energy, as shown herein. However a different theory of gravity leads to a different account of galactic rotations and cosmology, and does not require dark matter nor dark energy to fit the supernova data. It is shown that fitting the LambdaCDM model to this new model, and so independently of the actual supernova data, requires the LambdaCDM model parameters to be those given above. Hence we conclude that dark energy and dark matter are no more than mathematical artifacts to fix-up limitations of Newtonian gravity. Various other data are also briefly reviewed to illustrate other successful tests of this new theory of gravity.

연구 동기 및 목표

• 암흑 물질과 암흑 에너지를 물리적 실체로 간주하는 기본 가정을 도전하기 위해 ΛCDM 모델 유도 과정을 재검토한다.
• ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, Ωm=0.27)가 초신성 데이터로부터 유일하게 결정되지 않으며, 오히려 잘못된 모델을 올바른 기초 이론에 적합시킬 때 발생하는 산물임을 입증한다.
• 에너지 밀도나 암흑 성분 없이 허블 팽창과 초신성/GRB 데이터를 설명하는 역학적 3차원 공간 기반의 새로운 천체론 모델을 수립한다.
• 표준 FLRW-GR 모델이 향후 지수적 가속 팽창을 예측하는 것은 잘못된 허블 함수 형태 탓에 발생하는 오류이지, 실제 물리적 현실이 아니라는 것을 보여준다.
• ΛCDM 모델의 지배적 위치는 뉴턴 역학을 그 유효 범위를 초월해 확장했기 때문이며, 경험적 필요성 때문이 아니라는 주장을 펼친다.

제안 방법

• 균일하고 압력이 없는 허블 팽창 우주에 뉴턴 역학을 적용하고 임계 에너지 조건(E=0)을 도입하여 ΛCDM 모델을 직접 유도한다.
• 뉴턴 상수 G와 무차원 매개변수 α를 가진 두 매개변수를 가진 새로운 천체론 모델을 제안하며, 이 α는 미세구조 상수로 식별된다.
• 구형 대칭 질량 분포에서 시험 은하의 에너지 방정식을 사용하여 허블 파라미터 H(t) = √(8πGρ(t)/3)를 유도하며, 이는 효과적 질량 밀도 ρ(t)와 연결된다.
• 새로운 역학적 3차원 공간 모델을 초신성 및 감마선 폭발(GRB) 데이터에 적용하여 암흑 에너지나 암흑 물질 없이 파rameter-free로 적합한다.
• 적합 범위를 적색편이 z ∈ {0,14}로 설정하여, 새로운 역학적 3차원 공간 모델의 예측에 대해 FLRW-GR ΛCDM 모델을 최소 제곱법으로 최적 적합시키며, ΩΛ=0.73 및 Ωm=0.27을 도출한다.
• 유도된 시공간 계량의 리치 스칼라를 분석하여, 3차원 공간이 평탄할지라도 동역학적 3차원 공간으로 인해 시공간은 비평탄하다는 것을 보여주며, 동시에 시공간 계량이 실재적 존재를 지니지 않는다는 점을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ΛCDM 모델의 매개변수(ΩΛ=0.73, Ωm=0.27)가 데이터 적합에서 유도되는 것이 아니라, 잘못된 모델을 올바른 기초 이론에 적합시킬 때 발생하는 결과로 재현될 수 있는가?
• RQ2 에너지 밀도 없이 팽창을 설명하는 역학적 3차원 공간 중력 이론이 ΛCDM 모델의 타당한 대안이 될 수 있는가?
• RQ3 표준 FLRW-GR 모델이 향후 지수적 가속 팽창을 예측하는 이유는 무엇이며, 이 예측은 잘못된 허블 함수 형태 탓에 잘못된 것인가?
• RQ4 암흑 물질과 암흑 에너지 효과가 물리적 성분이 아니라, 뉴턴 및 일반 상대성 이론 프레임워크에서 3차원 공간 역학이 누락되었기 때문에 발생하는 산물이라면 그 기원은 무엇인가?
• RQ5 3차원 공간 모델에 α-역학 항을 포함할 경우, BAO, GCC, WGL과 같은 기존 천체론 탐사 방법에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• FLRW-GR 모델이 새로운 역학적 3차원 공간 모델의 예측에 대해 최적 적합될 때, 실제 초신성 또는 GRB 데이터에 관계없이 ΩΛ=0.73 및 Ωm=0.27가 정확히 재현된다.
• 새로운 역학적 3차원 공간 모델은 초신성 및 GRB 데이터에 대해 파rameter-free로 적합되며, 암흑 에너지나 암흑 물질 없이도 우주의 팽창을 설명한다.
• 표준 FLRW-GR 모델이 향후 지수적 가속 팽창을 예측하는 것은 잘못된 허블 함수 형태 탓에 발생하는 오류일 뿐이며, 실제 물리적 현실이 아니다.
• 역동적 3차원 공간 이론은 은하 회전 곡선과 천체물리적 팽창을 양자 물질의 파동 성질과 3차원 공간의 역학에서 기인하는 탄생 현상으로 설명하여 암흑 물질이 필요 없음을 보여준다.
• 유도된 시공간 계량의 리치 스칼라는 비영일 수 있으며(R ≠ 0), 이는 3차원 공간이 평탄하더라도 시공간이 비평탄하다는 것을 나타내며, 이는 시공간 기하학이 실재적 존재를 지니지 않는다는 것을 확인한다.
• 이 이론은 매개변수 α가 미세구조 상수임을 식별하며, 이는 구멍 뚫린 실험에서부터 은하계 시스템에 이르기까지 다양한 척도에서 실험 및 관측 데이터와 연결된다.