[论文解读] Cosmic antigravity

A. D. Dolgov|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2012

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文探讨了广义相对论框架内引力排斥的可能性，提出真空能量——最初极大——可通过一种动力学调节机制自然补偿，从而减小至宇宙学上相关的数值。该研究通过提出该机制可同时解释观测到的宇宙加速膨胀以及现今真空能量与物质能量密度近乎相等的现象，解决了巧合问题。

ABSTRACT

Possibility of gravitational repulsion in General Relativity is discussed and astronomical data in favor of cosmological acceleration are described. The problem of vacuum energy is emphasized and possible ways of its solution are indicated. The main attention is payed to adjustment mechanism which in principle could compensate originally huge vacuum energy down to cosmologically acceptable value and to solve the coincidence problem of a close magnitudes of the non-compensated remnants of vacuum energy and the energy density of the universe at the present time. Finally possible modifications of gravity at large scales which could induce accelerated cosmological expansion are considered.

研究动机与目标

• 在广义相对论框架内，探究引力排斥的理论可能性。
• 检验支持宇宙加速的天文观测证据。
• 解决真空能量问题，特别是预测与观测到的真空能量密度之间的差异。
• 提出一种动力学调节机制，可自然地将巨大的真空能量减小至一个微小且可观测的值。
• 解决巧合问题——即为何现今残余真空能量密度与物质能量密度量级相近。

提出的方法

• 分析真空能量在爱因斯坦场方程中的作用及其对宇宙膨胀的影响。
• 提出一种动力学机制，可抵消初始巨大的真空能量，仅留下微小的残余值。
• 考虑在大宇宙尺度上对引力进行修改，作为产生排斥性引力效应的潜在来源。
• 研究此类机制如何自然导致宇宙的晚期加速。
• 利用理论一致性与宇宙学观测，约束真空能量及其补偿行为。
• 评估该调节机制在同时解决真空能量问题与巧合问题方面的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不引入新场的前提下，引力排斥是否能自然地出现在广义相对论中？
• RQ2 何种机制可动态地将初始巨大的真空能量减小至一个微小且宇宙学上相关的值？
• RQ3 为何现今残余真空能量密度与物质能量密度量级相近？这一巧合能否得到解释？
• RQ4 在大尺度上对引力的修改如何影响宇宙加速与宇宙演化？
• RQ5 是否存在一种单一机制，可同时解决真空能量问题与巧合问题？

主要发现

• 在原则上，广义相对论中的真空能量可通过一种动力学调节机制得到补偿，从而减小至一个微小的残余值。
• 所提出的调节机制通过将微小的残余真空能量自然地与当前宇宙膨胀时期联系起来，为解决巧合问题提供了可能。
• 宇宙加速不仅可由宇宙学常数解释，也可通过大尺度上对引力的修改来解释。
• 天文观测数据，包括超新星观测，支持存在与排斥引力一致的晚期加速膨胀。
• 该机制表明，观测到的微小真空能量并非微调的结果，而是真空能量动力学中自调节过程的产物。
• 该模型提供了一个理论框架，使宇宙当前的能量密度并非巧合，而是动态决定的。