https://madrid.hostmaster.org/articles/cosmology_radiation_driven_inflation/da.html
Jeg foreslår en kosmologisk model, hvor inflationsæraen drives af strålingstryk i stedet for et skalært inflatonfelt. Fra lineær ekspansion i Planck-æraen skifter universet til eksponentiel inflation ved \(t \approx 10^{22} \, t_P\), når rumtiden strækker sig ud over kausale horisonter, hvilket omdefinerer lysets hastighed (\(c\)) som en lokalt invariant parameter. Energi tabt til fotonrødforskydning antages at blive omfordelt til strålingstryk, hvilket driver inflation og sikrer energibevarelse i et ekspanderende univers. Lokale Minkowski-områder bevarer \(c\)’s invarians, hvilket løser horisont- og fladhedsproblemerne, samtidig med at det forener speciel relativitet med kosmologisk superluminal tilbagetrækning. Otte observationelle tests skitseres med forventede signaturer i CMB, gravitationsbølger og storskala-struktur. Nuværende data stemmer overens med \(\Lambda\)CDM, men udelukker ikke denne model, hvilket åbner en vej for validering med fremtidige højpræcisionseksperimenter.
Den standardiserede \(\Lambda\)CDM-kosmologi beskriver en varm Big Bang ved \(t = 0\), efterfulgt af en kort inflationsperiode fra \(t \approx 10^{-36} \, \text{s}\) til \(10^{-34} \, \text{s}\). Denne æra drives af et skalært “inflaton”-felt, hvis potentiale producerer eksponentiel ekspansion (\(a(t) \propto e^{Ht}\)) [1, 2]. Dette løser horisont- og fladhedsproblemerne og efterlader aftryk i den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB). På trods af dens succes afhænger \(\Lambda\)CDM af spekulative elementer: en uopdaget inflaton-partikel, finjusterede potentiale-landskaber og en tolerance for den tilsyneladende manglende energibevarelse på grund af fotonrødforskydning.
Jeg introducerer et strålingsdrevet alternativ. Min model begynder med lineær ekspansion, skifter naturligt til eksponentiel inflation, når fotoner dominerer, og horisonter frakobles, og fortsætter ind i den moderne accelererende æra. Tre centrale principper kendetegner denne ramme:
I Planck-æraen (\(t = 1 \, t_P = 5.39 \times 10^{-44} \, \text{s}\)) ekspanderer universet lineært med skaleringsfaktor \(a(t) \propto t\). Dets fysiske størrelse er \(R(t) = ct\), og energitætheden er på Planck-skala:
\[ \rho \approx 5 \times 10^{96} \, \text{kg} \, \text{m}^{-3}. \]
Friedmann-ligningen styrer ekspansionen:
\[ H^2 = \left(\frac{\dot{a}}{a}\right)^2 = \frac{8\pi G \rho}{3} - \frac{k c^2}{a^2}, \]
med \(H = 1/t\) og ubetydelig krumning. På dette tidspunkt er fotoner fraværende, så strålingstryk bidrager ikke endnu.
Ved \(t \sim 10^{20} \, t_P \, (\sim 10^{-36} \, \text{s})\) producerer partikeldannelse fotoner i en kvark-gluon-plasma ved \(T \approx 10^{28} \, \text{K}\). Strålingstryk opstår:
\[ P = \frac{1}{3}\rho c^2, \qquad \rho = \frac{a T^4}{c^2}, \]
med \(a = 7.566 \times 10^{-16} \, \text{J} \, \text{m}^{-3} \, \text{K}^{-4}\). Dette giver \(P \sim 10^{92} \, \text{Pa}\). Selvom det er enormt, dominerer tyngdekraften stadig, og ekspansionen forbliver decelererende.
Ved \(t \approx 10^{22} \, t_P \, (\sim 10^{-34} \, \text{s})\) overstiger universets radius dets Schwarzschild-lignende horisont:
\[ r_s = \frac{2GM}{c^2}, \quad M = \rho \cdot \frac{4}{3} \pi R^3, \quad R = ct. \]
Når partikelhorisonten \(d_p \approx ct\) overstiger \(r_s\), frakobles regioner kausalt.
Inden for hver horisontdel måler observatører \(c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}\), i overensstemmelse med Einsteins tankeeksperimenter med tog og raket. Globalt overstiger tilbagetrækningshastigheder dog \(c\), som i standardkosmologi. Jeg parametriserer dette som:
\[ c_{\text{eff}} = c_0 \left(\frac{a_0}{a}\right)^\beta, \qquad \beta > 0, \]
hvilket ikke indebærer en bogstavelig variation af \(c\), men snarere koder dens lokalitet. Dermed forbliver \(c\) invariant for enhver observatør inden for deres kausale horisont, mens global superluminal ekspansion afspejler frakobling, ikke en overtrædelse af relativitet.
I \(\Lambda\)CDM mindskes fotonenergi, når bølgelængder strækkes:
\[ E = \frac{hc}{\lambda}, \quad \lambda \propto a, \quad E \propto a^{-1}. \]
Det tilsyneladende energitab tilskrives ekspansion uden en global bevarelseslov.
Min model løser dette paradoks: energi tabt til rødforskydning absorberes ved kausale horisonter og omfordeles til strålingstryk, hvilket effektivt udfører arbejde på metrikken:
\[ \Delta E_{\text{rødforskydning}} \;\rightarrow\; \Delta P_{\text{stråling}} \cdot V. \]
Einsteins ækvivalensprincip identificerer tyngdekraft med acceleration. Dette giver en konkret måde at se rødforskydning ikke som ødelæggelse af energi, men som dens omdannelse til kinetisk arbejde.
Tankeeksperiment: Overvej en blå laser, der affyres opad fra en planets overflade. Fotonerne klatrer ud af gravitationspotentialet og ankommer rødforskudte til en fjern observatør. For observatøren bærer hver foton tilsyneladende mindre energi. Men laseren ved kilden oplevede fotonernes fulde masse-energi: den overførte impuls i overensstemmelse med deres urødforskudte energi og strålingstryk.
Hvor er den “manglende” energi blevet af? Den er blevet investeret i gravitationsfeltet og har udført det nødvendige arbejde for at løfte fotonerne ud af potentialbrønden.
På lignende vis mister fotoner, der udsendes tidligt i kosmologi, energi gennem kosmologisk rødforskydning. Lokalt oplever det udsendende område deres fulde strålingstryk. Men globalt går det tilsyneladende tab ikke tabt; det er blevet omdannet til arbejde på metrikken - specifikt til accelereret ekspansion.
\[ \Delta E_{\text{foton}} \;=\; W_{\text{ekspansion}} . \]
Baseret på denne analogi foreslår jeg, at kausale horisonter fungerer som formidlere af rødforskydningsenergi:
\[ P = \frac{1}{3}\rho c_{\text{eff}}^2 + \Delta P_{\text{rødforskydning}}, \]
hvilket modificerer accelerationsligningen:
\[ \frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}\left(\rho + \frac{3P}{c^2}\right). \]
Med \(\Delta P_{\text{rødforskydning}} > 0\) accelererer ekspansionen uden at påkalde en inflaton.
For at formalisere denne mekanisme kræves:
Ved \(t \approx 2.6 \times 10^{71} \, t_P\) (13,8 milliarder år) er CMB-temperaturen \(T = 2.7 \, \text{K}\), og strålingstrykket er faldet til \(P \sim 10^{-31} \, \text{Pa}\). Alligevel fortsætter den samme horisontformidlede mekanisme: rødforskydningsenergi fortsætter med at drive kosmisk acceleration og bidrager til sen-tids dynamikker, der typisk tilskrives mørk energi (\(\Omega_\Lambda \approx 0.7\)).
Jeg foreslår otte observationelle tests, hver med distinkte signaturer, der kan skelne denne model fra \(\Lambda\)CDM.
| Funktion | \(\Lambda\)CDM | Strålingsdrevet model |
|---|---|---|
| Inflationsdriver | Skalært inflatonfelt | Strålingstryk + rødforskydningsenergi |
| Energibevarelse | Ikke globalt defineret | Termodynamisk håndhævet via horisonter |
| Lysets hastighed | Globalt invariant | Lokalt invariant inden for horisonter |
| Horisont/fladhedsproblemer | Løst af inflaton | Løst af stråling + horisonter |
| Mørk energi | Kosmologisk konstant (\(\Lambda\)) | Fortsættelse af rødforskydnings-strålingsmekanisme |
| CMB-forudsigelser | Standard spektrum | Småskalaforstærkninger, mulige B-mode-forskelle |
| Hubble-spænding | Uløst | Naturlig mellemliggende \(H_0\) |
| Observationel status | Understøttet, men ufuldstændig | Konsistent med data, endnu ikke falsificeret |
Denne ramme omformulerer inflation som en termodynamisk proces iboende i stråling, uden behov for en spekulativ inflaton. Den giver en mekanisme for energibevarelse i ekspanderende rumtid og forener relativitetens lokale postulat med kosmologiske horisonter.
Udfordringer forbliver. Den præcise dynamik i rødforskydningsenergi-omfordeling kræver yderligere matematisk udvikling, og numeriske simuleringer af de modificerede Friedmann-ligninger er afgørende. Observationel diskrimination vil afhænge af fremtidige missioner (CMB-S4, Euclid, LISA, SKA).
Jeg præsenterer en kosmologi, hvor strålingstryk, moduleret af kausale horisonter og rødforskydningsenergi, driver både inflation og nutidens ekspansion. Denne model eliminerer behovet for en hypotetisk inflaton, genopretter termodynamisk konsistens og forener Einsteins lokale invarians af \(c\) med kosmologisk superluminalitet. Nuværende data er kompatible med \(\Lambda\)CDM, men de foreslåede observationelle tests giver en vej til validering eller falsifikation.
[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).