[论文解读] Hubble Energy

Alasdair Macleod|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2004

Relativity and Gravitational Theory参考文献 3被引用 1

一句话总结

本文提出了霍布斯能量（Hubble Energy），一种新型能量形式，通过抵消径向运动而不引入引力或惯性效应，恢复了宇宙红移中的能量守恒。该理论通过在弗里德曼方程中引入一项与宇宙学常数大小相当的项（~10^-35 s^-2），解释了螺旋星系中平坦旋转曲线的出现，这被视为其形成过程的必然结果。

ABSTRACT

Light received from a cosmological source is redshifted with an apparent loss of energy, a problem first pointed out by Edwin Hubble in 1936. A new type of energy called Hubble Energy is introduced to restore the principle of energy conservation. The energy has no inertial or gravitational effect but retards radial motion in a manner consistent with the anomalous acceleration experienced by the Pioneer probes leaving the solar system. The energy is predicted to have important effects on the scale of galaxies, and some of these effects are qualitatively examined: for example, with Hubble Energy, flat rotation curves are found to be an inevitable consequence of spiral galaxy formation. The Hubble Energy is incorporated into the Friedmann Equation and shown to add a term similar to the cosmological term, with a magnitude of order 10^-35 s^-2.

研究动机与目标

• 解决爱德温·哈勃于1936年首次指出的宇宙红移中能量守恒看似被违反的问题。
• 通过一种无惯性或引力效应的新能量形式，解释先驱号探测器的异常加速度。
• 将霍布斯能量纳入弗里德曼方程，推导出与宇宙学常数类似的项。
• 证明在包含霍布斯能量的情况下，螺旋星系的平坦旋转曲线是星系形成过程的自然结果。

提出的方法

• 将霍布斯能量定义为一种非惯性、非引力的能量形式，其作用是抵抗径向运动。
• 将霍布斯能量的影响建模为与先驱号异常一致的速度相关阻力。
• 将霍布斯能量纳入弗里德曼方程，推导出修正后的宇宙学项。
• 计算霍布斯能量项的大小，表明其与观测到的宇宙学常数在~10^-35 s^-2量级上一致。
• 分析其对星系动力学的影响，特别是对螺旋星系旋转曲线的影响。
• 证明在霍布斯能量存在的情况下，平坦旋转曲线是星系形成过程的自然结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当光因宇宙膨胀而损失能量时，如何在宇宙红移中恢复能量守恒？
• RQ2 何种机制可在不引入新引力物理的前提下，解释先驱号探测器中观测到的异常加速度？
• RQ3 一种能模拟宇宙学常数的新能量项的大小及其宇宙学意义为何？
• RQ4 为何螺旋星系表现出平坦旋转曲线？这一现象能否在不引入暗物质的前提下得到解释？
• RQ5 霍布斯能量如何影响星系等大尺度结构的动力学？

主要发现

• 霍布斯能量被引入为一种非惯性、非引力的能量形式，可恢复宇宙红移中的能量守恒。
• 由霍布斯能量导出的能量项大小与宇宙学常数一致，约为10^-35 s^-2。
• 该模型将先驱号异常解释为霍布斯能量对径向运动的阻力所致，无需引入新的引力作用。
• 当包含霍布斯能量时，螺旋星系的平坦旋转曲线被证明是星系形成过程的必然结果。
• 霍布斯能量通过在弗里德曼方程中增加一项等价于宇宙学常数的项，为宇宙学常数的起源提供了物理解释。
• 该模型表明，霍布斯能量可能在星系尺度动力学中发挥重要作用，为解释旋转曲线提供了一种替代暗物质的可能。