[论文解读] MOND cosmology from holographic principle

Hongsheng Zhang, Xin-Zhou Li|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文基于全息原理推导出一个宇宙学模型，该模型在星系尺度上重现了MOND行为，独特地从宇宙学尺度推导出临界加速度参数 $a_c$。该模型自然地产生类似年龄能量的暗能量项，表明仅通过重子物质即可解释暗物质与暗能量，从而解决了MOND中的巧合问题 $a_c \sim cH_0$。该模型通过熵重力机制，在仅含重子物质的框架下统一了暗物质与暗能量。

ABSTRACT

We derive the MOND cosmology which is uniquely corresponding to the original MOND at galaxy scales via entropic gravity method. It inherits the key merit of MOND, that is, it reduces the baryonic matter and non-baryonic dark matter into baryonic matter only. For the first time we obtain the critical parameter in MOND, i.e., the transition acceleration $a_c$ at cosmological scale. We thus solve the long-standing coincidence problem $a_c\sim cH_{0}$. More interestingly, a term like age-graphic dark energy emerges naturally. In the frame of this MOND cosmology, we only need baryonic matter to describe both dark matter and dark energy in standard cosmology.

研究动机与目标

• 通过从宇宙学尺度推导 $a_c$，解决MOND中长期存在的巧合问题 $a_c \sim cH_0$。
• 基于全息原理构建一个在星系尺度重现MOND行为的宇宙学模型。
• 表明仅通过重子物质即可解释暗物质与暗能量，从而消除对非重子暗物质的需求。
• 在熵重力框架下自然推导出类似于年龄能量的项。

提出的方法

• 应用熵重力方法，从宇宙学尺度的全息原理推导出类似MOND的动力学行为。
• 利用全息原理将宇宙视界的熵与引力动力学联系起来，从而导出修改的引力定律。
• 从宇宙学参数（特别是哈勃常数 $H_0$）推导出临界加速度尺度 $a_c$。
• 构建一个宇宙学模型，其中有效引力包含一个类似于年龄能量的项。
• 通过将修改后的力定律与原始MOND现象学匹配，确保在星系尺度上与MOND一致。
• 证明所推导的模型可将非重子暗物质与暗能量完全还原为仅由重子物质引起的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 MOND中的临界加速度尺度 $a_c$ 是否能从宇宙学原理中推导，而非作为经验输入？
• RQ2 全息原理是否能在类似MOND的宇宙学中自然生成一个类似于年龄能量的项？
• RQ3 在全息启发的引力模型中，是否能仅通过重子物质解释暗物质与暗能量效应？
• RQ4 基于全息原理的熵重力框架如何在星系尺度重现MOND，同时在宇宙学尺度保持一致性？
• RQ5 观测到的巧合 $a_c \sim cH_0$ 是否是更深层次物理原理的后果，且能从全息方法中推导得出？

主要发现

• MOND中的临界加速度尺度 $a_c$ 从宇宙学参数中推导得出，特别是 $a_c \sim cH_0$，从而解决了长期存在的巧合问题。
• 一个类似于年龄能量的项自然地从全息熵重力框架中涌现。
• 该模型仅通过重子物质成功重现了星系尺度上的MOND动力学。
• 该宇宙学模型在单一基于重子物质与全息原理的框架内统一了暗物质与暗能量效应。
• 所推导的理论消除了对非重子暗物质的需求，表明其效应仅由重子物质通过熵重力即可重现。
• 通过推导出 $a_c$ 和自然涌现的类暗能量项，该模型在星系尺度MOND现象学与宇宙学观测之间建立了一致性。