Een nieuw kosmologisch model: Stralingsgedreven inflatie met lokale causale horizonten en herverdeling van roodverschuivingsenergie Ik stel een kosmologisch model voor waarin de inflatoire periode wordt aangedreven door stralingsdruk in plaats van een scalair inflatonveld. Beginnend met lineaire expansie in de Planck-periode, gaat het universum over naar exponentiële inflatie bij t ≈ 10²² t_(P) wanneer de ruimtetijd zich uitstrekt voorbij causale horizonten, waarbij de lichtsnelheid (c) wordt hergedefinieerd als een lokaal invariante parameter. Er wordt verondersteld dat energie die verloren gaat door de roodverschuiving van fotonen wordt herverdeeld in stralingsdruk, waardoor inflatie wordt gevoed en energiebehoud wordt gewaarborgd in een expanderend universum. Lokale Minkowski-gebieden behouden de invariantie van c, pakken het horizon- en vlakheidsprobleem aan en verzoenen speciale relativiteit met kosmologische superluminale recessie. Acht observationele tests worden geschetst, met verwachte signalen in de CMB, zwaartekrachtgolven en grootschalige structuren. Huidige gegevens komen overeen met ΛCDM, maar sluiten dit model niet uit, waardoor er ruimte blijft voor validatie met toekomstige experimenten met hoge precisie. 1. Inleiding De standaard ΛCDM-kosmologie beschrijft een hete oerknal bij t = 0, gevolgd door een korte inflatoire periode van t ≈ 10⁻³⁶ s tot 10⁻³⁴ s. Deze periode wordt aangedreven door een scalair “inflaton” veld, waarvan het potentiaal exponentiële expansie veroorzaakt (a(t) ∝ e^(Ht)) [1, 2]. Dit lost de horizon- en vlakheidsproblemen op en laat sporen na in de kosmische achtergrondstraling (CMB). Ondanks het succes is ΛCDM afhankelijk van speculatieve elementen: een ongedetecteerd inflatondeeltje, fijn afgestemde potentiaallandschappen en een tolerantie voor de schijnbare niet-conservering van energie door roodverschuiving van fotonen. Ik introduceer een stralingsgedreven alternatief. Mijn model begint met lineaire expansie, gaat natuurlijk over in exponentiële inflatie zodra fotonen domineren en horizonten worden ontkoppeld, en gaat verder in het huidige versnellende tijdperk. Drie centrale principes onderscheiden dit kader: 1. Geen inflaton nodig. Stralingsdruk zelf, versterkt door roodverschuivingsenergie, drijft inflatie aan. 2. Energiebehoud hersteld. Energie die verloren gaat door roodverschuiving wordt thermodynamisch hergebruikt in stralingsdruk, die arbeid verricht op het expanderende universum. 3. Lokale invariantie van c. Binnen elk causaal gebied meten waarnemers dezelfde lichtsnelheid, consistent met de postulaten van Einstein. Globaal ontstaat superluminale recessie natuurlijk door causale ontkoppeling. 2. Theoretisch kader 2.1 Vroege lineaire expansie (t = 0 tot t = 10²⁰ t_(P)) In de Planck-periode (t = 1 t_(P) = 5.39 × 10⁻⁴⁴ s) expandeert het universum lineair met schaalfactor a(t) ∝ t. De eigenlijke grootte is R(t) = ct, en de energiedichtheid ligt op Planck-schaal: ρ ≈ 5 × 10⁹⁶ kg m⁻³. De Friedmann-vergelijking regelt de expansie: $$ H^2 = \left(\frac{\dot{a}}{a}\right)^2 = \frac{8\pi G \rho}{3} - \frac{k c^2}{a^2}, $$ met H = 1/t en verwaarloosbare kromming. In dit stadium zijn fotonen afwezig, dus stralingsdruk draagt nog niet bij. 2.2 Begin van stralingsdruk (t = 10²⁰ t_(P)) Bij t ∼ 10²⁰ t_(P) (∼10⁻³⁶ s) produceert de vorming van deeltjes fotonen in een quark-gluonplasma bij T ≈ 10²⁸ K. Stralingsdruk ontstaat: $$ P = \frac{1}{3}\rho c^2, \qquad \rho = \frac{a T^4}{c^2}, $$ met a = 7.566 × 10⁻¹⁶ J m⁻³ K⁻⁴. Dit levert P ∼ 10⁹² Pa op. Hoewel enorm, domineert zwaartekracht nog steeds, en de expansie blijft vertragen. 2.3 Causale ontkoppeling en lokale invariante c (t = 10²² t_(P)) Bij t ≈ 10²² t_(P) (∼10⁻³⁴ s) overschrijdt de radius van het universum zijn Schwarzschild-achtige horizon: $$ r_s = \frac{2GM}{c^2}, \quad M = \rho \cdot \frac{4}{3} \pi R^3, \quad R = ct. $$ Wanneer de deeltjeshorizon d_(p) ≈ ct r_(s) overschrijdt, worden gebieden causaal ontkoppeld. Binnen elk horizon-gebied meten waarnemers c = 3 × 10⁸ m/s, consistent met Einsteins gedachte-experimenten met trein en raket. Globaal overschrijden recessiesnelheden echter c, zoals in de standaard kosmologie. Ik parameteriseer dit als: $$ c_{\text{eff}} = c_0 \left(\frac{a_0}{a}\right)^\beta, \qquad \beta > 0, $$ wat geen letterlijke variatie van c impliceert, maar eerder de lokaliteit ervan codeert. Dus blijft c invariant voor elke waarnemer binnen hun causale horizon, terwijl globale superluminale expansie de ontkoppeling weerspiegelt, geen schending van relativiteit. 2.4 Herverdeling van roodverschuivingsenergie In ΛCDM neemt de fotonenergie af naarmate golflengtes uitrekken: $$ E = \frac{hc}{\lambda}, \quad \lambda \propto a, \quad E \propto a^{-1}. $$ Het schijnbare energieverlies wordt toegeschreven aan expansie, zonder globale behoudswet. Mijn model lost deze paradox op: energie die verloren gaat door roodverschuiving wordt geabsorbeerd bij causale horizonten en herverdeeld in stralingsdruk, die effectief arbeid verricht op de metriek: ΔE_(roodverschuiving) → ΔP_(straling) ⋅ V. 2.4.1 Roodverschuiving als arbeid op de metriek Einsteins equivalentieprincipe identificeert zwaartekracht met versnelling. Dit biedt een concrete manier om roodverschuiving te zien als niet de vernietiging van energie, maar de omzetting ervan in kinetische arbeid. Gedachte-experiment: Overweeg een blauwe laser die omhoog wordt geschoten vanaf het oppervlak van een planeet. De fotonen klimmen uit het zwaartekrachtpotentiaal en bereiken een verre waarnemer roodverschoven. Voor de waarnemer lijkt elk foton minder energie te dragen. Toch ondervond de laser aan de bron de volledige massa-energie van de uitgezonden fotonen: het bracht momentum over in overeenstemming met hun niet-roodverschoven energie en stralingsdruk. Waar is de “ontbrekende” energie naartoe gegaan? Deze is geïnvesteerd in het zwaartekrachtveld, waarbij de arbeid wordt verricht die nodig is om de fotonen uit de potentiaalput te tillen. Analoog hieraan verliezen fotonen die in vroege tijden worden uitgezonden in de kosmologie energie door kosmologische roodverschuiving. Lokaal ondervindt het uitzendende gebied hun volledige stralingsdruk. Maar globaal is het schijnbare tekort niet verloren; het is omgezet in arbeid op de metriek – specifiek in versnelde expansie. ΔE_(foton) = W_(expansie). 2.4.2 Horizonthermodynamica en herverdelingsmechanisme Voortbouwend op deze analogie stel ik voor dat causale horizonten fungeren als bemiddelaars van roodverschuivingsenergie: 1. Energieoverdracht. Fotonenergie neemt af als E ∝ a⁻¹. In plaats van te verdwijnen, wordt deze energie geabsorbeerd bij deeltjeshorizonten of Schwarzschild-achtige causale grenzen. 2. Toewijzing van zwaartekracht-roodverschuiving. Net zoals zwaartekracht-roodverschuiving energie overdraagt aan het veld, draagt kosmologische roodverschuiving energie over aan de expansie van de metriek. 3. Horizonthermodynamica. Horizonten hebben entropie (S ∝ A/4) en temperatuur (Gibbons–Hawking). Roodverschoven energie draagt bij aan de horizonentropie en verschijnt, via het thermodynamische zwaartekrachtkader van Padmanabhan [3], opnieuw als druk die arbeid verricht op de expansie. 4. Drukverhoging. $$ P = \frac{1}{3}\rho c_{\text{eff}}^2 + \Delta P_{\text{roodverschuiving}}, $$ wijzigt de versnellingsvergelijking: $$ \frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}\left(\rho + \frac{3P}{c^2}\right). $$ Met ΔP_(roodverschuiving) > 0 versnelt de expansie zonder een inflaton aan te roepen. 2.4.3 Formele overwegingen Om dit mechanisme te formaliseren is nodig: - Kwantumveldentheorie in gekromde ruimtetijd om foton-horizoninteracties te beschrijven. - Horizonthermodynamica (Padmanabhans emergente zwaartekracht, Bekenstein–Hawking-entropie) om energieabsorptie en heruitzending te modelleren. - Numerieke simulaties van gemodificeerde Friedmann-dynamica met ΔP_(roodverschuiving). 2.5 Modern tijdperk Bij t ≈ 2.6 × 10⁷¹ t_(P) (13,8 miljard jaar) is de CMB-temperatuur T = 2.7 K, en de stralingsdruk is gedaald tot P ∼ 10⁻³¹ Pa. Toch blijft hetzelfde horizon-gemedieerde mechanisme bestaan: roodverschuivingsenergie blijft kosmische versnelling voeden, bijdragend aan de dynamiek van de late tijd die meestal wordt toegeschreven aan donkere energie (Ω_(Λ) ≈ 0.7). 3. Conceptuele vooruitgang 1. Geen inflaton nodig. Inflatie ontstaat natuurlijk uit stralingsdruk, versterkt door roodverschuivingsenergie, waardoor de behoefte aan een ongedetecteerd scalair veld wordt geëlimineerd. 2. Energiebehoud hersteld. Roodverschuivingsenergie wordt gerecycled in stralingsdruk, waardoor expansie wordt afgestemd op thermodynamische principes. 3. Lokale invariantie van c. Einsteins postulaat geldt binnen causale gebieden, terwijl superluminale recessie wordt verklaard door horizon-scheiding. 4. Observationele tests en verwachte signalen Ik stel acht observationele tests voor, elk met onderscheidende signalen die dit model van ΛCDM kunnen differentiëren. 4.1 CMB-anisotropieën - Test: Meet het CMB-vermogensspectrum en B-modus polarisatie met hoge precisie. - Verwacht signaal: Versterkte kleinschalige fluctuaties bij multipolen l > 1000, samen met detecteerbare B-modus polarisatie bij l < 100 (r ≈ 0.05–0.1). 4.2 Roodverschuivingsafhankelijke stralingsenergiedichtheid - Test: Observeer de schaling van stralingsenergiedichtheid ρ_(straling) met roodverschuiving. - Verwacht signaal: Bij z > 1100 zou ρ_(straling) moeten afwijken van de standaard  ∝ a⁻⁴ schaling. 4.3 Zwaartekrachtgolvenachtergrond (GWB) - Test: Zoek naar een stochastische GWB uit de inflatoire periode. - Verwacht signaal: Een piek bij  ∼ 10⁻⁹ Hz, met karakteristieke spanning h_(c) ≈ 10⁻¹⁵. 4.4 Hubble-spanning en late-tijd versnelling - Test: Meet de Hubble-constante H₀ en de toestandsvergelijking van donkere energie w. - Verwacht signaal: H₀ ≈ 70 km/s/Mpc, met w tussen  − 0.8 en 0 bij z < 1. 4.5 Horizon-schaal structuur - Test: Breng grootschalige structuur in kaart bij 10–100 Mpc. - Verwacht signaal: Versterkte clustering en abnormaal grote lege ruimtes. 4.6 Spectraallijnverschuivingen - Test: Analyseer spectra met hoge roodverschuiving. - Verwacht signaal: Verbreding of energieverschuivingen van 0.1–1% bij z > 5. 4.7 Thermodynamische horizonsignalen - Test: Onderzoek entropie en flux bij kosmische horizonten. - Verwacht signaal: Entropiegroei van de horizon ΔS ∼ 10¹²⁰k_(B). 4.8 Primaire nucleosynthese - Test: Meet de abundantie van lichte elementen. - Verwacht signaal: Toename van 1–5% in ⁴He en afname in deuterium. 5. Vergelijking met ΛCDM -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Kenmerk ΛCDM Stralingsgedreven model ---------------------------- ----------------------------- --------------------------------------------------------------- Inflatie-aandrijver Scalair inflatonveld Stralingsdruk + roodverschuivingsenergie Energiebehoud Niet globaal gedefinieerd Thermodynamisch afgedwongen via horizonten Lichtsnelheid Globaal invariant Lokaal invariant binnen horizonten Horizon/vlakheidsproblemen Opgelost door inflaton Opgelost door straling + horizonten Donkere energie Kosmologische constante (Λ) Voortzetting van roodverschuivings-stralingsmechanisme CMB-voorspellingen Standaardspectrum Kleinschalige verbeteringen, mogelijke verschillen in B-modus Hubble-spanning Onopgelost Natuurlijke tussenliggende H₀ Observationele status Ondersteund maar onvolledig Consistent met gegevens, nog niet weerlegd -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6. Discussie Dit kader herformuleert inflatie als een thermodynamisch proces dat inherent is aan straling, zonder de noodzaak van een speculatief inflaton. Het biedt een mechanisme voor energiebehoud in expanderende ruimtetijd en verzoent de lokale postulaten van relativiteit met kosmologische horizonten. Er blijven uitdagingen. De exacte dynamiek van de herverdeling van roodverschuivingsenergie vereist verdere wiskundige ontwikkeling, en numerieke simulaties van de gemodificeerde Friedmann-vergelijkingen zijn essentieel. Observationele discriminatie zal afhangen van toekomstige missies (CMB-S4, Euclid, LISA, SKA). 7. Conclusie Ik presenteer een kosmologie waarin stralingsdruk, gemoduleerd door causale horizonten en roodverschuivingsenergie, zowel inflatie als de huidige expansie aandrijft. Dit model elimineert de behoefte aan een hypothetisch inflaton, herstelt thermodynamische consistentie en verzoent Einsteins lokale invariantie van c met kosmologische superluminaliteit. Huidige gegevens zijn compatibel met ΛCDM, maar de voorgestelde observationele tests bieden een weg naar validatie of falsificatie. Referenties [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).