[论文解读] On the nature of the outward pressure in the Universe

Antonio Alfonso‐Faus|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2009

Relativity and Gravitational Theory参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文提出，驱动宇宙膨胀的向外压力源于原初真空电荷的不完全德拜屏蔽，导致排斥性电磁力，从而在静态宇宙模型中与引力平衡。该研究推导出一组一致的宇宙学参数——质量约10⁵⁶ g，尺度约10²⁸ cm，电荷约3.3×10⁶⁰e，角动量约10¹²⁰h——与观测值相符，表明宇宙是一个大尺度黑洞，其引力与电磁力处于平衡状态。

ABSTRACT

Plasma Physics defines the concept of the Debye length. Given the enormous electrical potential that would develop with no screening, we conjecture that the size of the Universe,as given by the speed of light c and its age t, ct, cannot be very much lower than the Debye length. The Debye length of the Universe must be of the order of its size ct.It turns out that it is about 6 times larger. Hence inside the volume of size ct there is an outward electrical pressure due to the lack of complete screening of the electrical charges. We suggest that these charges are related to the vacuum fluctuations. To the question of why the Universe does not collapse under its own gravitational attraction we analyze the possibility to answer this by the effect of the repulsive forces of these electrical charges. Evidence in support of the idea that space is not expanding is growing more and more in the scientific literature. As a frame of work we consider the model of a constant size Universe that implies a constant equilibrium between the gravitational (GM2/R2) and the electrical forces (Q2/R2). We find a large number, 5x10^60 that converts Planck units of mass, length, time, charge e and angular momentum h, into the mass M, size ct, age t, total charge Q and angular momentum of the Universe as in a scale-like way. It defines a black hole of mass M 10^56gr., size 10^28 cm., characteristic time 5x10^17sec, charge Q 3.3x10^60 e and maximum angular momentum H 10^120 h which is our Universe. We are inside it, a part of it. The solution to the Einstein cosmological equations, including an electrical pressure due to the charge Q, is in agreement with the value of the cosmological parameters currently reported.

研究动机与目标

• 通过识别一种排斥性电磁压力，解释宇宙膨胀的观测现象，而无需引入时空膨胀。
• 通过将宇宙学常数问题与真空电荷屏蔽及德拜长度效应联系起来，解决宇宙学常数问题。
• 建立一个静态宇宙模型，其中引力与电磁力处于平衡状态。
• 通过一个缩放因子，从普朗克尺度单位推导出宏观宇宙学参数（质量、尺度、电荷、角动量）。
• 提供一个与当前宇宙学参数观测值一致的理论框架。

提出的方法

• 将离子体物理中的德拜长度概念应用于整个宇宙，假设真空电荷的屏蔽不完全。
• 将宇宙的德拜长度与宇宙大小（c × 年龄）进行比较，发现其约小6倍，表明存在残余的向外电磁压力。
• 将宇宙建模为一个静态的带电黑洞，质量 M ~10⁵⁶ g，半径 R ~10²⁸ cm，总电荷 Q ~3.3×10⁶⁰e，角动量 H ~10¹²⁰h。
• 使用约5×10⁶⁰的缩放因子，将普朗克单位转换为宏观宇宙学单位。
• 求解包含与Q²/R²成正比的电磁压力项的爱因斯坦宇宙学方程。
• 将所得模型与观测到的宇宙学参数进行比较，以验证其一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致宇宙中存在阻止引力坍缩的向外压力？
• RQ2 为何宇宙中的德拜屏蔽长度短于其尺度，其后果是什么？
• RQ3 能否通过引力与电磁力平衡的静态宇宙模型重现观测到的宇宙学参数？
• RQ4 普朗克尺度单位如何通过一致的方式缩放为宏观宇宙学数值？
• RQ5 观测到的宇宙学常数是否与真空电荷产生的排斥性电磁压力相容？

主要发现

• 宇宙的德拜长度估计约为10²⁷ cm，约为宇宙尺度（10²⁸ cm）的六分之一，表明屏蔽不完全。
• 由于屏蔽不完全而产生的残余向外电磁压力，被提议为宇宙膨胀的来源。
• 缩放因子5×10⁶⁰可将普朗克单位转换为宏观宇宙学单位，得出宇宙质量约为10⁵⁶ g。
• 宇宙总电荷计算为约3.3×10⁶⁰e，与观测到的宇宙学常数和暗能量密度一致。
• 宇宙的角动量估计为约10¹²⁰h，与同尺寸黑洞的最大角动量相符。
• 包含电磁压力项的爱因斯坦方程解，重现了当前观测到的宇宙学参数值。