[论文解读] The rotating and accelerating Universe

Evangelos Chaliasos|ArXiv.org|Jan 28, 2006

History and Developments in Astronomy参考文献 7被引用 7

一句话总结

本文提出，通过引入一个不涉及暗能量或宇宙学常数的旋转宇宙模型，可以解释宇宙的观测加速膨胀以及星系的螺旋结构。通过将罗伯茨-沃克度规推广至包含两个旋转自由度，作者推导出爱因斯坦方程，仅当状态方程满足 p + ρ = 0 时，才能得到稳恒态解，从而自然重现了1998年的宇宙加速观测结果。

ABSTRACT

An attempt is made to explain the spiral structure of spiral galaxies through a possible rotation of the Universe. To this end, we write down a possible form of the metric, and we calculate the necessary quantities (Rik, Tik, ...) in order to form the Einstein equations. We find the two Einstein equations pertaining to the Robertson-Walker metric and no rotation at all in this way, if we assume p+e not= 0. There are introduced then two suitable rotational motions in the universe, and we try to generalize again the Robertson-Walker metric in this way. The result is again null, since it is found that the corresponding angular velocities must vanish, for p+e not= 0. A third attempt is finally done, without restricting ourselves to generalize any existing cosmological model. We introduce again two suitable rotational motions, and we form the appropriate Einstein equations. After solving them, we find that the two rotations, corresponding to the usual rotations on a torus, dictate again the equation of state p+e = 0. This solution is a steady state one, and it describes naturally the observationally discovered acceleration of the Universe (1998), without a cosmological constant and the ambiguous dark energy.

研究动机与目标

• 通过旋转宇宙模型解释星系的螺旋结构。
• 研究宇宙加速是否可在不引入暗能量或宇宙学常数的前提下得到解释。
• 将罗伯茨-沃克度规推广，以包含旋转自由度。
• 在旋转假设下推导并求解爱因斯坦方程，以检验其与观测的一致性。
• 确定旋转宇宙是否能产生与观测到的宇宙加速相匹配的稳恒态解。

提出的方法

• 构建一种包含两种旋转运动的改进度规，灵感来自环形几何结构。
• 计算里奇曲率（Rik）和能量-动量张量（Tik）分量，以构建爱因斯坦方程。
• 首先应用标准的罗伯茨-沃克框架，发现除非满足 p + ρ = 0，否则旋转会消失。
• 将度规推广至标准宇宙学模型之外，以允许非平凡的旋转动力学。
• 在假设存在两种独立旋转运动的前提下求解所得的爱因斯坦方程。
• 推导出 p + ρ = 0 为一致性的必要条件，从而导出稳恒态解。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系的螺旋结构是否可通过旋转宇宙模型而非暗物质或其他机制来解释？
• RQ2 旋转宇宙模型是否能自然重现无需引入暗能量的观测到的宇宙加速？
• RQ3 爱因斯坦方程对均匀且各向同性的宇宙中的旋转自由度施加了何种约束？
• RQ4 能否构建一个一致的旋转宇宙度规，使其导致稳恒态解？
• RQ5 在爱因斯坦场方程中，旋转项保持非零所需的物态方程是什么？

主要发现

• 在标准罗伯茨-沃克度规中引入旋转时，除非满足 p + ρ = 0，否则角速度将消失。
• 在广义度规框架中引入两种旋转运动，要求 p + ρ = 0 以保证一致性。
• 满足 p + ρ = 0 的解为稳恒态解，与观测到的宇宙加速一致。
• 该模型在无需宇宙学常数或暗能量的前提下，重现了1998年的宇宙加速观测结果。
• 旋转动力学与物态方程紧密相关，两个旋转分量决定了 p + ρ = 0 的条件。