[论文解读] Dynamical 3-Space: Cosmic Filaments, Sheets and Voids

Reginald T. Cahill|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 9被引用 4

一句话总结

本文提出，宇宙丝状结构、片状结构和空洞——通常归因于暗物质——实际上是动力学3维空间理论中空间自相互作用的涌现结构。该理论将这些大尺度结构解释为其方程的解，且无需暗物质或暗能量即可重现平坦旋转曲线、黑洞质量及引力透镜效应，其中无量纲常数 α ≈ 1/137 统一了引力与电磁力。

ABSTRACT

Observations of weak gravitational lensing combined with statistical tomographic techniques have revealed that galaxies have formed along filaments, essentially one-dimensional lines or strings, which form sheets and voids. These have, in the main, been interpreted as "dark matter" effects. To the contrary here we report the discovery that the dynamical 3-space theory possesses such filamentary solutions. These solutions are purely space self-interaction effects, and are attractive to matter, and as well generate electromagnetic lensing. This theory of space has explained bore hole anomalies, supermassive black hole masses in spherical galaxies and globular clusters, flat rotation curves of spiral galaxies, and other gravitational anomalies. The theory has two constants, G and alpha, where the bore hole experiments show that alpha approx 1/137 is the fine structure constant.

研究动机与目标

• 证明通过弱引力透镜和层析成像观测到的宇宙丝状结构、片状结构和空洞并非源于暗物质，而是空间内在动力学的产物。
• 表明动力学3维空间理论（含两个常数 G 和 α）可重现包括平坦旋转曲线和黑洞质量在内的引力异常现象。
• 确立相同的自相互作用动力学可产生长程非牛顿力和电磁透镜效应，与观测数据一致。
• 论证该理论通过提供超新星数据和宇宙结构形成的无参数描述，消除了对暗物质和暗能量的需求。

提出的方法

• 该理论将空间建模为动力学速度场 v(r,t)，其运动方程源自牛顿引力的最小且唯一的速度场表达形式。
• 核心方程（1）包含一个与 α 成正比的自相互作用项，其中 α ≈ 1/137 为精细结构常数，由钻孔实验得出。
• 物质加速度由量子波包轨迹推导得出，通过类似费马原理的相位相干性确保适当时间最大化。
• 电磁波传播通过修改后的麦克斯韦方程建模，其中 E 和 H 是动力学3维空间中的激发，光速 c 相对于局部空间速度定义。
• 电磁辐射的射线路径通过费马最短时间原理（公式24）计算，考虑非均匀且随时间变化的 v(r,t) 所致的折射。
• 从理论中推导出无限长丝状结构和孤立黑洞的解析解，复杂丝状网络与黑洞系统的数值方法预计适用。

实验结果

研究问题

• RQ1 动力学3维空间理论能否在不引入暗物质的前提下重现观测到的宇宙丝网结构？
• RQ2 由 α ≈ 1/137 控制的空间自相互作用动力学，能否产生与观测到的平坦旋转曲线和黑洞质量一致的长程引力作用？
• RQ3 该理论能否通过空间速度场引起的电磁透镜效应，解释弱引力透镜和宇宙结构的统计层析数据？
• RQ4 仅通过3维空间的动力学，能否解释观测到的哈勃膨胀和超新星数据，而无需暗能量？
• RQ5 产生黑洞的相同空间自相互作用机制，是否也生成了作为大爆炸原初残余物的丝状结构？

主要发现

• 动力学3维空间理论对无限长丝状结构和孤立黑洞产生了解析解，这些结构由于空间自相互作用而成为长程引力吸引子。
• 丝状结构解完全是该理论中空间自相互作用项的纯几何结果，无需暗物质或外部源。
• 该理论生成了与观测一致的电磁透镜效应，因为电磁波在非均匀速度场中发生折射。
• 相同的自相互作用动力学可解释钻孔异常、球状星系和星团中的超大质量黑洞质量，以及平坦旋转曲线。
• 常数 α ≈ 1/137（被识别为精细结构常数）控制空间自相互作用强度，并在该框架中统一了引力与电磁力。
• 该理论对超新星红移-星等数据提供了无参数描述，消除了对暗能量的需求。