[논문 리뷰] Quantized Intrinsic Redshift in Cosmological General Relativity

Firmin J. Oliveira|ArXiv.org|2005. 08. 23.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 우주론적 일반 상대성 이론(CGR)에서 유도된 파동 방정식을 통해 은하의 내재적 적색이동이 양자화된다고 제안한다. 이 방정식의 해는 관측된 적색이동 주기성과 대응하는 이산적인 에너지 상태를 제공한다. 이 모델은 관측 데이터와 높은 정밀도로 일치하는 기본 속도 양자화값 72 km s⁻¹ 및 37.5 km s⁻¹을 예측한다.

ABSTRACT

There are now several analyses reporting quantized differences in the redshifts between pairs of galaxies. In the simplest cases, these differential redshifts are found to be harmonics of fundamental periods of approximately 72 km/s and 37.5 km/s. In this paper a wave equation is derived based on cosmological general relativity, which is a space-velocity theory of the expanding Universe. The wave equation is approximated to first order and comparisons are made between the quantized solutions and the reported observations.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 일반 상대성 이론(CGR)을 기반으로 한 이론적 프레임워크를 통해 은하 쌍 간의 관측된 차등 적색이동의 양자화를 설명하는 것.
• 확장 중인 우주에서 내재 곡률의 역학을 기술하는 CGR 체계 내 파동 방정식을 유도하는 것.
• 파동 방정식의 일阶 근사가 관측된 적색이동 주기성과 일치하는 이산적 해를 제공함을 보이는 것.
• 관측된 적색이동의 양자화를 내재 곡률과 연결하며, 양자역학적 시스템과 유사한 이산 에너지 상태로 모델링하는 것.

제안 방법

• 우주론적 일반 상대성 이론(CGR)의 구형 대칭 및 공동 운동 공간-속도 계량에서 선형 제2차 파동 방정식을 유도한다.
• 파동 함수의 고유 시간에 대한 이阶 도함수를 0으로 놓는 d'Alembert 근사법을 적용하여 방정식을 공간 형태로 단순화한다.
• 파동 함수가 속도, 반경, 위도, 애자이무스 좌표에서 곱의 형태를 가진다고 가정하고 변수 분리 방법을 적용하여 해를 구한다.
• 헤르미트 다항식을 포함하는 반경 해를 도출하여 양자수 n로 매개변수화된 이산적인 내재 곡률 상태를 얻는다.
• 비례 상수를 통해 내재 적색이동과 양자화된 곡률을 연결하여, (2n + 1)에 비례하는 이산적인 적색이동 순서를 도출한다.
• 다른 양자 상태에 있는 은하들 간의 예측된 차등 적색이동을 Tifft 및 Napier & Guthrie의 관측 데이터와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주론적 일반 상대성 이론에서 유도된 파동 방정식이 은하 쌍 간의 관측된 차등 적색이동의 양자화를 설명할 수 있는가?
• RQ2 CGR 프레임워크 내에서 관측된 주기성과 대응하는 이산 내재 적색이동 상태를 초래할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 예측된 속도 양자화값(72 km s⁻¹ 및 37.5 km s⁻¹)은 은하 설문 조사에서 실제 관측 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 적색이동의 양자화는 내재 곡률의 양자역학적 유사한 구조와 일관하는가?
• RQ5 모델에서 관측된 적색이동 주기성을 재현하기 위해 필요한 밀도 파ameter (1−Ω)의 값은 얼마인가?

주요 결과

• 모델은 Tifft가 보고한 31개의 은하 쌍에서 관측된 것과 정확히 일치하는 기본 속도 양자화값 72 km s⁻¹을 예측한다.
• Napier & Guthrie가 보고한 97개의 더 큰 샘플에서 37.5 km s⁻¹의 두 번째 주기성을 재현한다.
• 연속된 내재 양자 상태에 있는 은하들 간의 차등 적색이동은 각각 정수 k에 대해 ΔV_k = 72k km s⁻¹ 및 37.5k km s⁻¹로 예측된다.
• 72 km s⁻¹ 주기성을 재현하기 위해 필요한 무차원 상수 Z₀ = 36/c ≈ 1.201×10⁻⁴를 사용하면 1−Ω ≈ 1.442×10⁻⁸가 된다.
• 37.5 km s⁻¹ 주기성의 경우 Z₀ = 18.75/c ≈ 6.254×10⁻⁵를 사용하면 1−Ω ≈ 3.912×10⁻⁹가 되며, 이는 관측 데이터와 일치한다.
• 모델은 공간-속도 프레임워크 내에서 상대론적 파동 방정식의 이산적 해를 통해 내재 적색이동의 양자화에 대한 이론적 근거를 제공한다.