https://madrid.hostmaster.org/articles/cosmology_radiation_driven_inflation/sv.html
Jag föreslår en kosmologisk modell där den inflatoriska epoken drivs av strålningstryck istället för ett skalärt inflatonfält. Modellen börjar med linjär expansion under Planck-epoken och övergår till exponentiell inflation vid \(t \approx 10^{22} \, t_P\) när rumtiden sträcker sig bortom kausala horisonter, vilket omdefinierar ljusets hastighet (\(c\)) som en lokalt invariant parameter. Jag antar att energin som förloras genom fotoners rödskift omfördelas till strålningstryck, vilket driver inflationen och säkerställer energibevarandet i ett expanderande universum. Lokala Minkowski-områden bevarar invariansen hos \(c\), vilket löser horisont- och platthetsproblemen samtidigt som det förenar speciell relativitet med kosmologisk superluminal recession. Åtta observationella tester beskrivs, med förväntade signaturer i CMB, gravitationsvågor och storskalig struktur. Nuvarande data överensstämmer med \(\Lambda\)CDM men utesluter inte denna modell, vilket lämnar en väg öppen för validering med framtida högprecisions-experiment.
Den standardmässiga \(\Lambda\)CDM-kosmologin beskriver en het Big Bang vid \(t = 0\), följd av en kort inflatorisk period från \(t \approx 10^{-36} \, \text{s}\) till \(10^{-34} \, \text{s}\). Denna epok drivs av ett skalärt “inflaton”-fält, vars potential ger exponentiell expansion (\(a(t) \propto e^{Ht}\)) [1, 2]. Detta löser horisont- och platthetsproblemen och lämnar avtryck i den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB). Trots framgångarna är \(\Lambda\)CDM beroende av spekulativa ingredienser: en oupptäckt inflatonpartikel, finjusterade potentiella landskap och en tolerans för den skenbara icke-bevarandet av energi på grund av fotoners rödskift.
Jag introducerar ett strålningsdrivet alternativ. Min modell börjar med linjär expansion, övergår naturligt till exponentiell inflation när fotoner dominerar och horisonter kopplas bort, och fortsätter in i den moderna accelererande eran. Tre centrala principer kännetecknar detta ramverk:
Under Planck-epoken (\(t = 1 \, t_P = 5.39 \times 10^{-44} \, \text{s}\)) expanderar universum linjärt med skalningsfaktorn \(a(t) \propto t\). Dess faktiska storlek är \(R(t) = ct\), och energidensiteten är på Planck-skala:
\[ \rho \approx 5 \times 10^{96} \, \text{kg} \, \text{m}^{-3}. \]
Friedmann-ekvationen styr expansionen:
\[ H^2 = \left(\frac{\dot{a}}{a}\right)^2 = \frac{8\pi G \rho}{3} - \frac{k c^2}{a^2}, \]
med \(H = 1/t\) och försumbar krökning. I detta skede är fotoner frånvarande, så strålningstrycket bidrar ännu inte.
Vid \(t \sim 10^{20} \, t_P \, (\sim 10^{-36} \, \text{s})\) producerar partikelbildning fotoner i ett kvark-gluonplasma vid \(T \approx 10^{28} \, \text{K}\). Strålningstryck uppstår:
\[ P = \frac{1}{3}\rho c^2, \qquad \rho = \frac{a T^4}{c^2}, \]
med \(a = 7.566 \times 10^{-16} \, \text{J} \, \text{m}^{-3} \, \text{K}^{-4}\). Detta ger \(P \sim 10^{92} \, \text{Pa}\). Även om det är enormt, dominerar gravitationen fortfarande, och expansionen förblir retarderad.
Vid \(t \approx 10^{22} \, t_P \, (\sim 10^{-34} \, \text{s})\) överstiger universums radie dess Schwarzschild-liknande horisont:
\[ r_s = \frac{2GM}{c^2}, \quad M = \rho \cdot \frac{4}{3} \pi R^3, \quad R = ct. \]
När partikelhorisonten \(d_p \approx ct\) överstiger \(r_s\), separeras områden kausalt.
Inom varje horisontområde mäter observatörer \(c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}\), i överensstämmelse med Einsteins tankeexperiment med tåg och raket. Globalt överstiger dock recessionshastigheter \(c\), som i standardkosmologi. Jag parametriserar detta som:
\[ c_{\text{eff}} = c_0 \left(\frac{a_0}{a}\right)^\beta, \qquad \beta > 0, \]
vilket inte innebär en bokstavlig variation av \(c\), utan kodar dess lokalitet. Sålunda förblir \(c\) invariant för varje observatör inom deras kausala horisont, medan global superluminal expansion återspeglar separation, inte en kränkning av relativiteten.
I \(\Lambda\)CDM minskar fotonenergin när våglängderna sträcks ut:
\[ E = \frac{hc}{\lambda}, \quad \lambda \propto a, \quad E \propto a^{-1}. \]
Den skenbara energiförlusten tillskrivs expansionen, utan en global bevarandelag.
Min modell löser denna paradox: energi som förloras genom rödskift absorberas vid kausala horisonter och omfördelas till strålningstryck, vilket effektivt utför arbete på metrikern:
\[ \Delta E_{\text{rödskift}} \;\rightarrow\; \Delta P_{\text{strålning}} \cdot V. \]
Einsteins ekvivalensprincip identifierar gravitation med acceleration. Detta ger ett konkret sätt att se rödskift som inte en förstörelse av energi, utan dess omvandling till kinetiskt arbete.
Tankeexperiment: Överväg en blå laser som skjuts uppåt från ytan av en planet. Fotonerna klättrar ur gravitationens potential och anländer till en avlägsen observatör rödskiftade. För observatören verkar varje foton bära mindre energi. Ändå upplevde lasern vid källan den fulla massa-energin hos de utsända fotonerna: den överförde momentum i enlighet med deras orödskiftade energi och strålningstryck.
Vart tog den “saknade” energin vägen? Den har investerats i gravitationsfältet, utförande av det arbete som krävs för att lyfta fotonerna ur potentialbrunnen.
På liknande sätt, i kosmologi, förlorar fotoner som utsänds i tidiga tider energi genom kosmologiskt rödskift. Lokalt upplever det utsändande området deras fulla strålningstryck. Men globalt är det skenbara underskottet inte förlorat; det har omvandlats till arbete på metrikern – specifikt till accelererad expansion.
\[ \Delta E_{\text{foton}} \;=\; W_{\text{expansion}} . \]
Baserat på denna analogi föreslår jag att kausala horisonter fungerar som förmedlare av rödskiftsenergi:
\[ P = \frac{1}{3}\rho c_{\text{eff}}^2 + \Delta P_{\text{rödskift}}, \]
modifierar accelerationslikningen:
\[ \frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}\left(\rho + \frac{3P}{c^2}\right). \]
Med \(\Delta P_{\text{rödskift}} > 0\) accelererar expansionen utan att åberopa ett inflaton.
Att formalisera denna mekanism kräver:
Vid \(t \approx 2.6 \times 10^{71} \, t_P\) (13,8 miljarder år) är CMB-temperaturen \(T = 2.7 \, \text{K}\), och strålningstrycket har minskat till \(P \sim 10^{-31} \, \text{Pa}\). Ändå kvarstår samma horisontmedierade mekanism: rödskiftsenergi fortsätter att driva kosmisk acceleration, vilket bidrar till den sena tidens dynamik som vanligtvis tillskrivs mörk energi (\(\Omega_\Lambda \approx 0.7\)).
Jag föreslår åtta observationella tester, var och en med distinkta signaturer som kan skilja denna modell från \(\Lambda\)CDM.
| Egenskap | \(\Lambda\)CDM | Strålningsdriven modell |
|---|---|---|
| Inflationsdrivkraft | Skalärt inflatonfält | Strålningstryck + rödskiftsenergi |
| Energibevarande | Inte globalt definierat | Termodynamiskt framtvingat via horisonter |
| Ljusets hastighet | Globalt invariant | Lokalt invariant inom horisonter |
| Horisont/platthetsproblem | Lösta av inflaton | Lösta av strålning + horisonter |
| Mörk energi | Kosmologisk konstant (\(\Lambda\)) | Fortsättning av rödskift-strålningsmekanism |
| CMB-förutsägelser | Standardspektrum | Förbättringar på liten skala, möjliga skillnader i B-mod |
| Hubble-spänning | Olöst | Naturligt mellanliggande \(H_0\) |
| Observationsstatus | Stöds men ofullständigt | Överensstämmer med data, ännu inte falsifierat |
Detta ramverk omformulerar inflation som en termodynamisk process som är inneboende i strålning, utan behov av ett spekulativt inflaton. Det tillhandahåller en mekanism för energibevarandet i expanderande rumtid och förenar relativitetens lokala postulat med kosmologiska horisonter.
Utmaningar kvarstår. Den exakta dynamiken för omfördelning av rödskiftsenergi kräver ytterligare matematisk utveckling, och numeriska simuleringar av modifierade Friedmann-ekvationer är avgörande. Observationsmässig diskriminering kommer att bero på framtida uppdrag (CMB-S4, Euclid, LISA, SKA).
Jag presenterar en kosmologi där strålningstryck, modulerat av kausala horisonter och rödskiftsenergi, driver både inflation och nuvarande expansion. Denna modell eliminerar behovet av ett hypotetiskt inflaton, återställer termodynamisk konsistens och förenar Einsteins lokala invarians hos \(c\) med kosmologisk superluminalitet. Nuvarande data är kompatibla med \(\Lambda\)CDM, men de föreslagna observationella testerna erbjuder en väg till validering eller falsifiering.
[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).