[论文解读] Experimental tests of the New Self Creation Cosmology and a heterodox prediction for Gravity Probe B

Garth A. Barber|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2003

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 2

一句话总结

本文提出了一种非正统的宇宙学模型——自创生宇宙学（Self Creation Cosmology），该模型在不引入暗能量或宇宙学常数的前提下解释了宇宙加速膨胀，预测宇宙空间平坦且总密度参数为三分之一。该理论与广义相对论的不同之处在于其预测的测地线进动为广义相对论值的5/6，具体而言，对于重力探针B实验，其值为每年5.5角秒。

ABSTRACT

The new Self Creation Theory predicts a universe that is spatially flat yet with a total density parameter of one third. Observationally it would appear to accelerate in its expansion. It does not require inflation, 'dark energy', 'quintessence' or a cosmological constant (dynamical or otherwise) to explain observed cosmological features. It does, however, require a moderate amount of 'cold dark matter'. It predicts identical results as General Relativity in standard experimental tests but two definitive experiments exist, which would distinguish between the two theories. Here these standard tests and two definitive experiments are described, together with another, third, definitive experiment: geodetic precession. This test of GR, which is about to be performed on the Gravity Probe B satellite, is an opportunity to falsify Self Creation Cosmology. The theory predicts a 'frame-dragging' result equal to GR but a geodetic precession of only 5/6, or 0.83 the GR value. When applied to the Gravity Probe B satellite, Self Creation Cosmology predicts a gyroscope precession about a direction perpendicular to the plane of the orbit of 5.5 arc sec/yr.

研究动机与目标

• 检验自创生宇宙学是否能在不引入暗能量或宇宙学常数的前提下解释宇宙加速膨胀。
• 识别能够明确区分自创生宇宙学与广义相对论的实验测试。
• 为重力探针B实验的测地线进动测量提出一个具体且可证伪的预测结果。
• 通过与引力领域既定实验结果的比较，评估该理论的可行性。

提出的方法

• 提出一种宇宙学模型，其中宇宙空间平坦但总密度参数 Ω_total = 1/3，从而避免对暗能量的需求。
• 将该理论应用于引力的标准检验，确认其在这些情境下与广义相对论结果一致。
• 识别出三个可明确区分两种理论的实验：框架拖曳效应、测地线进动以及宇宙学观测。
• 计算出自创生宇宙学中测地线进动效应为广义相对论预测值的5/6。
• 将该模型应用于重力探针B卫星，计算出预测的进动值为每年5.5角秒。
• 利用卫星的轨道平面定义进动方向，聚焦于垂直分量。

实验结果

研究问题

• RQ1 自创生宇宙学是否能在不依赖暗能量或宇宙学常数的前提下，成为广义相对论的可行替代理论？
• RQ2 重力探针B实验测得的测地线进动是否能够证伪自创生宇宙学？
• RQ3 自创生宇宙学中测地线进动的预测值与广义相对论相比有多大？
• RQ4 该理论如何在总密度参数为三分之一的前提下与空间平坦性相协调？
• RQ5 哪些实验结果能够明确区分自创生宇宙学与标准广义相对论？

主要发现

• 自创生宇宙学预测总密度参数恰好为三分之一，与空间平坦性一致，但无需引入暗能量。
• 该理论在所有引力的标准实验检验中均与广义相对论预测结果相同。
• 对于重力探针B实验，该理论预测测地线进动为每年5.5角秒，为广义相对论预测值的5/6。
• 框架拖曳效应的预测与广义相对论完全相同，因此无法作为区分两者的有效测试。
• 测地线进动测试被确定为一项明确的实验区分手段，具有清晰的定量预测。
• 该模型在保持与观测宇宙学一致的同时，为表观宇宙加速提供了新颖的解释。