[論文レビュー] Unravelling the Dark Matter - Dark Energy Paradigm

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Jan 26, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 28被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、ダークマターおよびダークエネルギーを必要とせず、宇宙の膨張、銀河の回転曲線、超新星データを説明する動的3次元空間理論の重力理論を提案する。ニュートン力学を宇宙論に拡張することで、パラメータフリーのモデルを導出し、標準のΛCDMモデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、Ωm=0.27）が、この新しい力学にFLRW-一般相対性理論（GR）を適合させる際の数学的誤差にしかならず、物理的必然性によるものではないことを示している。

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.

研究の動機と目的

• ダークマターおよびダークエネルギーが物理的実体であるという前提を再検討し、ΛCDMモデルの導出を再考すること。
• ΛCDMモデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、Ωm=0.27）が超新星データから一意に決定されるのではなく、正しい基礎力学に誤ったモデルを適合させた際の誤差に過ぎないことを示すこと。
• エネルギー密度やダーク成分を必要とせず、ハッブル膨張および超新星/ガンマ爆発（GRB）データを説明できる、動的3次元空間に基づく新しい宇宙論的モデルを確立すること。
• 標準のFLRW-GRモデルが将来の指数的加速を予測するのは、誤ったハッブル関数の関数形に起因する誤った予測であり、物理的現実ではないことを示すこと。
• ΛCDMモデルの優位性が、ニュートン力学の有効範囲を超えて拡張された結果であるのではなく、実証的必然性に基づくものではないと主張すること。

提案手法

• 均一で圧力のないハッブル膨張宇宙にニュートン力学を適用し、臨界エネルギー条件（E=0）を導入することで、ΛCDMモデルを直接導出する。
• ニュートン定数Gと次元のないパrameter α（αは細孔構造定数と同一視される）を有する2パラメータの動的3次元空間に基づく新しい宇宙論的モデルを導入する。
• 球対称な質量分布におけるテスト銀河のエネルギー方程式を用い、ハッブル定数 H(t) = √(8πGρ(t)/3) を導出し、これにより有効物質密度 ρ(t) と関連付ける。
• 新しい動的3次元空間モデルを用いて、超新星およびガンマ線バースト（GRB）データに適合させ、ダークエネルギーおよびダークマターを一切必要としないパラメータフリーの適合を得る。
• 赤方偏移範囲 z ∈ {0,14} において、新しい動的3次元空間モデルの予測に、FLRW-GR ΛCDMモデルを最小二乗法で最適適合させ、ΩΛ=0.73 および Ωm=0.27 を得る。
• 誘導された時空計量のリッチスカラーを分析し、3次元空間が平坦であっても、動的3次元空間のため時空は非平坦であることを示すが、同時に時空計量には本体的意義（ontological significance）がないと強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΛCDMモデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、Ωm=0.27）が、実際の超新星またはGRBデータの適合からではなく、正しい基礎理論に誤ったモデルを適合させた結果として再現可能か？
• RQ2 エネルギー密度を膨張に要しない動的3次元空間理論の重力理論が、ΛCDMモデルの妥当な代替案となり得るか？
• RQ3 標準のFLRW-GRモデルが将来の指数的加速を予測するのはなぜか？そして、これは誤ったハッブル関数の関数形に起因する誤った予測であるか？
• RQ4 ダークマターおよびダークエネルギー効果が物理的成分ではなく、ニュートンおよび一般相対性理論フレームワークにおける3次元空間の動的性の欠落に起因する誤差である場合、それらの起源は何か？
• RQ5 3次元空間モデルにαダイナミクス項を含めると、BAO、GCC、WGLといった既存の宇宙論的プローブにどのような影響を与えるか？

主な発見

• FLRW-GRモデルを新しい動的3次元空間モデルの予測に最適適合させると、実際の超新星またはGRBデータとは無関係に、ΛCDMモデルのパラメータ（ΩΛ=0.73、Ωm=0.27）が*正確に*再現される。
• 新しい動的3次元空間モデルは、超新星およびGRBデータにパラメータフリーで適合でき、ダークエネルギーおよびダークマターを一切必要とせず、宇宙膨張を説明できる。
• 標準のFLRW-GRモデルが将来の指数的加速を予測するのは、誤ったハッブル関数の関数形に起因する誤った結果であり、物理的現実ではない。
• 動的3次元空間理論は、量子物質の波動性と3次元空間のダイナミクスに起因する銀河回転曲線および宇宙論的膨張の出現現象を説明し、ダークマターの必要性を排除する。
• 誘導された時空計量のリッチスカラーは非ゼロ（R ≠ 0）であり、3次元空間が平坦であっても時空が非平坦であることを示し、時空幾何学的構造が本体的意義を持たない数学的構成であることを確認する。
• 理論はパラメータαが細孔構造定数に一致することを特定し、実験的および観測的データ（ボアホール実験から銀河系まで）のスケールにわたり、複数のスケールで一致することを示している。