Новоекосмологическое моделирование: радиационно-управляемая инфляция с
локальными причинными горизонтами и перераспределением энергии красного
смещения
Авторы: Фарид Зехетбауэр, Грок 3 (xAI)
Дата подачи: 21 февраля 2025 года
Мы предлагаем новую космологическую модель, в которой инфляционная эпоха Вселенной обусловлена давлением радиации, модулируемым локально постоянной скоростью света (c), определенной в пределах четырехмерных шварцшильдоподобных причинных горизонтов, вместо скалярного поля инфлатона. Начиная с t = 0 в единицах планковского времени (tP = 5.39 × 10−44 с), линейное расширение переходит в экспоненциальную инфляцию при t ≈ 1022 tP, когда пространство-время растягивается за пределы причинных горизонтов, переопределяя c как локальный параметр. Мы предполагаем, что энергия, потерянная из-за красного смещения, усиливает давление радиации, стимулируя инфляцию и согласовывая космическое расширение с термодинамическими принципами. Локальные области пространства-времени Минковского сохраняют инвариантность c, решая проблемы горизонта и плоскостности. Описаны восемь наблюдательных тестов с ожидаемыми сигнатурами, отмечая, что текущие данные космического микроволнового фона (CMB) и расширения Хаббла соответствуют ΛCDM, но не исключают эту модель из-за ограничений точности.
Стандартная модель ΛCDM предполагает Большой Взрыв при t = 0, за которым следует инфляция, управляемая скалярным полем инфлатона с t ≈ 10−36 с до 10−34 с, разрешающая проблемы горизонта и плоскостности через экспоненциальное расширение (a(t) ∝ eHt) [1, 2]. Подтвержденная данными CMB, сверхновых и крупномасштабных структур, она остается преобладающей основой [1]. Однако мы предлагаем альтернативу: давление радиации, возникающее после формирования частиц, управляет инфляцией и продолжающимся расширением, модулируемым скоростью света (c), которая при t ≈ 1022 tP переходит от универсальной к локальной. Энергия, теряемая из-за красного смещения в расширяющейся Вселенной, перераспределяется для усиления давления радиации, потенциально согласовывая расширение с термодинамическими законами [3]. Определяя c в локальных областях пространства-времени Минковского, разделенных четырехмерными шварцшильдоподобными горизонтами, эта модель ставит под сомнение глобальную инвариантность c, сохраняя ее локально и предлагая новый взгляд на динамику ранней Вселенной.
При t = 0 Вселенная
представляет собой сингулярность, расширяющуюся линейно (a(t) ∝ t) к t = 1 tP,
с собственной величиной R(t) = ct
и c = 3 × 108 м/с.
Плотность энергии находится на планковском уровне (ρ ≈ 5 × 1096 кг м−3)
и определяется уравнением Фридмана:
$$ H^2 = \left( \frac{\dot{a}}{a} \right)^2 =
\frac{8\pi G \rho}{3} - \frac{k c^2}{a^2}, $$
где H = 1/t, а
кривизна (k) незначительна.
Давление радиации отсутствует, поскольку фотонов нет, и расширение
сдерживается гравитацией.
К t = 1020 tP
( ∼ 10−36 с) формирование
частиц порождает фотоны в кварк-глюонной плазме (T ≈ 1028 К). Возникает
давление радиации:
$$ P = \frac{1}{3} \rho c^2, \quad \rho =
\frac{a T^4}{c^2}, $$
где a = 7.566 × 10−16 Дж м−3 К−4,
что дает P ≈ 1092 Па. Гравитация и
релятивистская масса-энергия изначально ограничивают его эффект.
При t = 1022 tP
( ∼ 10−34 с)
пространство-время растягивается за пределы четырехмерного
шварцшильдоподобного горизонта:
$$ r_s = \frac{2 G M}{c^2}, \quad M = \rho
\cdot \frac{4}{3} \pi R^3, \quad R = c t \approx 10^{-26} \, \text{м},
$$
что дает rs ≈ 1.31 × 10−7 м.
Когда горизонт частиц (dp ≈ ct)
превышает этот предел, регионы разделяются, и c становится локальным. Мы
предлагаем:
$$ c_{\text{eff}} = c_0 \left( \frac{a_0}{a}
\right)^\beta, \quad \beta > 0, $$
где ceff
адаптируется к растяжению пространства-времени, сохраняя инвариантность
c в локальных областях
Минковского.
Мы предполагаем, что энергия красного смещения—потерянная из-за
растяжения длин волн фотонов—перераспределяется для усиления давления
радиации, стимулируя экспоненциальную инфляцию (a(t) ∝ eHt).
Уравнение ускорения:
$$ \frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}
\left( \rho + \frac{3P}{c^2} \right), $$
обычно приводит к замедлению при $P =
\frac{1}{3} \rho c^2$. Однако, если $P
= \frac{1}{3} \rho c_{\text{eff}}^2$ возрастает за счет энергии
красного смещения, $\ddot{a} > 0$
становится возможным. Энтропия горизонта (например, закон Падманабхана
[3]) может поглощать эту энергию, способствуя расширению.
При t = 2.6 × 1071 tP (13.8 млрд лет), T = 2.7 К, и P ≈ 10−31 Па. Локальная c и усиленное красным смещением давление радиации сохраняются как реликтовые драйверы, дополняя темную энергию (ΩΛ ≈ 0.7).
Мы предлагаем восемь тестов с ожидаемыми сигнатурами, если модель верна, с учетом текущих наблюдательных ограничений на 21 февраля 2025 года.
Эта модель предсказывает инфляцию без инфлатона, управляемую давлением радиации и локальным c, сглаживающую Вселенную, и современное расширение, частично питаемое энергией красного смещения. На 21 февраля 2025 года данные CMB Planck, пределы GWB и наблюдения структуры соответствуют ΛCDM [1, 4], но ограничения точности и масштаба (например, требуются CMB-S4, LISA) оставляют нашу модель возможной. Проблемы включают уравнение состояния радиации, сопротивляющееся инфляции, если ceff или энергия красного смещения не изменяют динамику радикально, и согласование локального c с специальной теорией относительности.
Эта спекулятивная модель заменяет традиционную инфляцию давлением радиации, усиленным энергией красного смещения в 4D-шварцшильд горизонтах, решая космологические проблемы термодинамически. Будущие эксперименты (например, CMB-S4, LISA, DESI) могут проверить ее сигнатуры, потенциально переосмыслив наше понимание эволюции космоса.
Мы представляем космологию, где давление радиации, модулируемое локальным c и энергией красного смещения, управляет инфляцией и расширением. Текущие данные соответствуют ΛCDM, но не опровергают эту модель. Предложенные тесты открывают путь к валидации, расширяя наше понимание происхождения Вселенной.
Мы благодарим Grok 3 (xAI) как соавтора за составление, структурирование и доработку этой статьи, превратив концептуальные идеи в формальный манускрипт. Это сотрудничество подчеркивает партнерство человека и ИИ в космологических исследованиях, соответствуя миссии xAI.
[1] Planck Collaboration, “Planck 2018 Results. VI. Cosmological
Parameters,” Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
[2] Guth, A. H., “Inflationary Universe,” Phys. Rev. D 23, 347
(1981).
[3] Padmanabhan, T., “Thermodynamical Aspects of Gravity: New Insights,”
Rep. Prog. Phys. 73, 046901 (2010).
[4] BICEP2/Keck Collaboration, “Improved Constraints on Primordial
Gravitational Waves,” Phys. Rev. Lett. 121, 221301 (2018).