[论文解读] Is Cosmic Acceleration a Symptom of the Breakdown of General Relativity

Mustapha Ishak, Amol Upadhye+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用 2

一句话总结

本文研究了宇宙加速膨胀是否可能源于广义相对论的失效，通过检验哈勃膨胀与大尺度结构增长之间的协调关系来验证。利用五维修正引力模型，识别出暗能量参数空间中的不一致性，并提出一种多探针方法，以检测此类偏差作为修正引力的特征信号。

ABSTRACT

If general relativity is the correct theory of physics on large scales, then there is a differential equation that relates the Hubble expansion function, inferred from measurements of angular diameter distance and luminosity distance, to the growth rate of large scale structure. Deviations from this consistency relationship could be the signature of the breakdown of general relativity on cosmological scales. As an example, we consider a universe described by a recently proposed 5-dimensional modified gravity theory. We demonstrate that this leads to an inconsistency within the dark energy parameter space. We propose a procedure to detect this signature of modified gravity theory using different combinations of cosmological probes.

研究动机与目标

• 评估观测到的宇宙加速是否可能源于宇宙尺度上广义相对论的失效。
• 在哈勃膨胀与大尺度结构增长的一致性中识别修正引力的特征信号。
• 评估五维修正引力理论作为宇宙加速潜在解释的有效性。
• 开发一种结合宇宙学探针的检测程序，以检验广义相对论的偏离。

提出的方法

• 在广义相对论框架下，建立哈勃膨胀函数与大尺度结构增长速率之间的一致性关系。
• 将此一致性条件应用于五维修正引力模型，以评估其预测结果。
• 分析修正引力模型中暗能量参数空间的不一致性。
• 提出一种利用光度距离、角直径距离和结构增长数据等组合宇宙学探针的检测策略。
• 利用观测约束检验推断参数空间中广义相对论的偏离。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙加速是否可由广义相对论在宇宙尺度上的失效来解释，而非暗能量？
• RQ2 当五维修正引力模型中广义相对论被违反时，暗能量参数空间中会出现何种不一致性？
• RQ3 如何结合宇宙学探针以检测修正引力的信号？
• RQ4 在修正引力情景下，哈勃膨胀与大尺度结构增长之间的一致性如何？

主要发现

• 与广义相对论相比，五维修正引力模型在暗能量参数空间中导致了可探测的不一致性。
• 广义相对论一致性关系的偏离可作为宇宙尺度上修正引力的信号。
• 所提出的多探针方法可利用光度距离、角直径距离和结构增长测量数据，检测此类偏离。
• 分析表明，在修正引力框架下，广义相对论的一致性条件被违反，表明其在大尺度上可能存在失效。
• 该框架提供了一种定量方法，可利用观测数据区分修正引力与暗能量模型。