[论文解读] Dark Energy and Dark Matter as Inertial Effects

Serkan Zorba|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2012

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 7被引用 6

一句话总结

本文提出，暗能量与暗物质并非独立组分，而是源于一个整体旋转的碟状宇宙所产生的惯性效应，其角速度等于哈勃常数。该模型从离心力推导出暗能量，从离心力与科里奥利力的综合作用推导出暗物质，无需引入未知物质或能量，即可重现与ΛCDM模型一致的宇宙学与星系参数。

ABSTRACT

A disk-shaped universe (encompassing the observable universe) rotating globally with an angular speed equal to the Hubble constant is postulated. It is shown that dark energy and dark matter are cosmic inertial effects resulting from such a cosmic rotation, corresponding to centrifugal (dark energy), and a combination of centrifugal and the Coriolis forces (dark matter), respectively. The physics and the cosmological and galactic parameters obtained from the model closely match those attributed to dark energy and dark matter in the standard Λ-CDM model.

研究动机与目标

• 解释暗能量与暗物质的观测效应，而无需假设未知形式的物质或能量。
• 提出一种宇宙学模型，其中由宇宙整体旋转产生的惯性力可解释宇宙加速膨胀与星系旋转曲线。
• 仅通过旋转动力学，推导出关键宇宙学与星系参数（如哈勃常数、暗能量密度与旋转曲线行为），并使其与观测数据一致。
• 通过将暗能量与暗物质归因于旋转宇宙框架中的运动学惯性效应，为ΛCDM模型提供一种替代方案。

提出的方法

• 假设一个碟状宇宙整体以等于哈勃常数的角速度旋转。
• 在旋转参考系中应用非惯性系动力学，推导出等效的惯性力。
• 将离心力识别为暗能量的来源，负责宇宙加速。
• 将暗物质建模为离心力与科里奥利力共同作用的复合效应，解释星系中平坦的旋转曲线。
• 利用旋转动力学推导出能量密度与引力效应的表达式，使其与观测数据相符。
• 将推导出的参数（如哈勃常数、临界密度）与标准ΛCDM模型中的值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙的观测加速膨胀是否可由整体旋转引起的惯性力解释，而非暗能量？
• RQ2 在旋转宇宙参考系中，科里奥利力与离心力等惯性力是否能重现星系的平坦旋转曲线？
• RQ3 由此旋转模型推导出的宇宙学参数是否与ΛCDM框架中的观测值一致？
• RQ4 是否可将暗物质与暗能量视为宇宙旋转的运动学赝象，而非独立的物理组分？

主要发现

• 该模型通过等于H₀的全局旋转速率，重现了观测到的哈勃常数值。
• 在旋转参考系中，离心力产生一种排斥效应，等价于暗能量，驱动宇宙加速。
• 离心力与科里奥利力的共同作用产生一种有效引力势，与观测到的星系平坦旋转曲线相符。
• 该模型推导出的暗能量密度与物质密度与ΛCDM模型中的数值一致。
• 碟状宇宙的旋转动力学产生临界密度参数Ω ≈ 1，与观测到的宇宙平坦性相符。
• 该模型统一解释了暗能量与暗物质作为惯性效应，无需引入未知粒子或场。