宇宙膨胀过程中的空间创造机制

摘要

我们提出了一种与宇宙膨胀有关的新机制。最近，由于变形玻色子的负压力，Verlinde的建议被应用到作为暗能量成分候选的变形玻色子上。宇宙的膨胀依赖于暗能量，暗能量意味着空间的创造;我们承认空间产生机制与变形玻色子有关，暗能量也是如此。为了将暗能量和空间产生机制联系起来，我们考虑了Verlinde的建议，包括空间出现的全息原理，该原理最近被应用于变形玻色子。为了验证我们的机制的有效性，我们计算了宇宙膨胀前后的大小比，并将结果与观测数据进行了比较。我们发现结果是一致的，并推断所提出的机制是正确的。

1.介绍

宇宙是包含空间中一切事物的结构，如物质、辐射或未知形式的物质和能量。宇宙中所有的东西都是宇宙的一部分。如果某物被假定存在于宇宙之外，那么它也将是宇宙的一部分。天文物理观测，例如超新星Ia [1，2，大型结构[3.，4，重子声振荡[5，以及宇宙微波背景辐射(CMBR) [6- - - - - -9表明宇宙正在膨胀。

宇宙在向什么方向膨胀?这似乎是一个毫无意义的问题，因为在宇宙膨胀的时候，宇宙之外没有任何地方是这样的。为了回答这个问题，我们澄清宇宙没有边界，只有有限体积内的边界。这个体积随着宇宙的膨胀而增大。在这里，额外的空间是在宇宙膨胀的过程中产生的。宇宙在膨胀过程中通过创造额外的空间将自己包裹起来[10]．

为了解释宇宙的膨胀，提出了一种未知的能量形式，即暗能量。这种未知形式的能量有一些有趣的性质:例如，它不是聚集在空间的某个地方，而是遍布整个宇宙，它有一个驱动宇宙膨胀的负压[11- - - - - -14]．

本文提出了一种与宇宙膨胀及其驱动作用暗能量有关的机制。由于暗能量具有负压和奇异的性质，变形玻色子可以被认为是暗能量成分的候选，因为它们具有负压和假设的存在[15]．我们假设宇宙膨胀过程中空间的产生是由暗能量驱动的，暗能量与Verlinde关于空间出现的全息场景框架中的变形玻色子有关[16]．在简要总结了Verlinde的建议后[17，我们计算了宇宙膨胀前后的大小比，并将结果与观测数据进行比较，以验证我们机制的有效性。

2.宇宙膨胀期间的空间创造

宇宙由星系和其他物质和能量形式组成。这些成分现在可以从地球上观测到，因为这些物体的信号从宇宙膨胀开始就有时间到达地球。我们假设宇宙是各向同性的;到可观测宇宙边界的距离在所有方向上都是相同的。因此，可观测的宇宙是一个以观察者为中心的球形体积。

我们只能探测到远在光子解耦时期的光在复合时期光子可以从粒子中发射出来而不能被其他粒子迅速吸收。在此之前，宇宙充满了等离子体，对光子来说是不透明的。最后一个散射面是空间中的点的集合，距离光子从光子解耦到今天到达我们的距离。今天探测到的光子就是宇宙微波背景辐射(CMBR)。

今天微波探测器探测到的CMB光子有红移是在宇宙大爆炸后380.000年或现在的138亿年前以可见光的形式发出的[18]．一个光子已经旅行了138亿年，走了138亿光年的距离(米)。但由于宇宙的膨胀，现在观测到的光子比138亿年前的原始距离要远得多。光子目前所经过的距离称为移动距离，即从宇宙微波背景辐射开始时的当前固有距离，表示可观测宇宙的半径。据估计，可观测宇宙的半径约为465亿光年(m)，而不是由于宇宙膨胀而产生的138亿光年[19，20.]．

从地球到可观测宇宙边界的移动距离在任何方向上都大约是465亿光年。因此，可观测的宇宙是一个半径约为465亿光年的球体。21]．这里引用的半径是宇宙学时间内的距离，而不是光子发射时的距离。也就是说，我们现在观测到的CMBR是在光子解耦时发射的，估计发生在大爆炸后约38万年[22，23或138亿光年之前。利用用来模拟膨胀宇宙的弗莱德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克(FLRW)度规，估计了光子解耦时宇宙的半径。如果此时光子有红移被检测，那么比例因子是在光子最初发射的时候[24，25]．因此，最初发射的最古老的CMBR光子经过的当前半径465亿光年减少到4260万光年(米)(26]．

因此，我们将膨胀前后的宇宙大小总结为:大爆炸后380.000年的宇宙半径为4260万光年，而现在(大爆炸后138亿年)的宇宙半径为465亿光年。这种额外创造的空间是由暗能量驱动的宇宙膨胀所导致的。事实上，宇宙大尺度结构的第一次形成是在10年左右⁻³²在宇宙大爆炸之后的几秒内，宇宙膨胀理论认为宇宙空间在宇宙大爆炸开始时呈指数级膨胀，比如在10秒之间⁻³⁶和10⁻³²．这种膨胀式的膨胀比后期由暗能量驱动的宇宙加速膨胀要快得多。在膨胀期之后，宇宙以一个较慢的速度膨胀。暴胀与暗能量的膨胀非常相似，它可以被认为是宇宙早期膨胀加速的原因。根据Verlinde的提议，在宇宙开始时的指数膨胀情景中所创造的空间，可以通过在10倍之间存在的膨胀的能量密度数据来估计⁻³⁶和10⁻³²就在宇宙大爆炸之后

暗能量在天文学和宇宙学中是一种未知的能量形式，人们认为它渗透到所有的空间以使宇宙膨胀[27]．暗能量非常均匀，密度不高，已知除了引力外，它与任何基本作用力都没有相互作用。暗能量的具体组成还没有被理解，许多研究已经进行，以找到暗能量组成的候选解[28- - - - - -36]．

暗能量存在的间接证据来自三个独立的来源。一个是距离测量和它们与红移的关系。其次，在理论上，必须有一种额外的能量，而不是重子或暗物质，才能形成平坦的宇宙。最后一个是宇宙中质量密度的大尺度波型测量的含义[37]．

既然暗能量必须有一个强大的负压才能使宇宙膨胀，我们就承认变形玻色子是暗能量，因为变形玻色子和暗能量一样也有负压[15]．因为压力也会对引力产生作用，就像质量一样，由于广义相对论中的应力-能量张量，强大的负压在引力斥力的作用下导致宇宙膨胀。这实际上是引力斥力。因此，具有负压的变形玻色子可以被认为是暗能量。

因为暗能量均匀地分布在宇宙中，密度很低公斤/米^3.，它应该主导宇宙的质能比。目前最好的测量表明暗能量占当今宇宙总能量的68.3%，而重子物质和暗物质分别占总能量的4.9%和26.8% [38- - - - - -41]．

2008年WMAP的五年数据对宇宙的质能比进行了有趣的测量。这些测量结果限制了宇宙大爆炸后38万年CMBR释放时的宇宙含量。当时，10%的宇宙是由中微子、12%的原子、15%的光子和63%的暗物质组成的，而由暗能量组成的比例微乎其微[42]．根据早期暗能量(EDE)宇宙学，人们试图确定这个极小的百分比[43- - - - - -45]．早期暗能量密度EDE2的最佳估计量[46大约是现在暗能量值的千分之一。简单地说，如果目前暗能量的贡献是宇宙总质量能量的68.3%，那么CMBR释放时的贡献是0.0683%。

通过使用上述暗能量比率，我们将试图计算出宇宙从大爆炸后的380.000年到现在(大爆炸后138亿年)一直在膨胀时所创造的额外空间。然后我们将得到的结果与上面给出的这些时间的宇宙半径进行比较。为了计算额外创造的空间，我们将使用Verlinde的提议，即空间出现的全息原理，因为这个提议可以应用到作为暗能量候选的变形玻色子上[16]．

弗林德指出，引力和空间被认为是随着物质或更普遍的能量的存在而出现的。弦理论及其相关的发展在这个方向上提供了一些线索。特别重要的线索来自开/闭字符串的对应关系。它证明了引力和空间可以从微观描述中显现出来。推导重力和空间的中心概念是与物质或能量相关的信息，这是用熵来衡量的[17]．

假设与部分空间相关的信息遵循全息原理[47，48]．黑洞物理学为全息原理提供了最有力的支持证据[49，50]及广告/CFT通讯[51]．这一原理表明微观自由度的最小部分是在空间边界上全息表示的。

重要的一点是，在全息原理中，与给定空间体积相关联的自由度是有限的。物质或能量在自由度上均匀分布，这就导致了温度[17]．

空间是储存与物质或能量有关的信息的装置。鉴于空间的每一部分的最大信息是有限的，我们可以假设信息存储在离散空间的点上。我们假设信息存储在被称为屏幕的空间表面的离散位元中[17]．

我们假设边界是一个球体的封闭表面，球体内部已经出现了空间。假定边界是信息的存储设备。利用全息原理，得到了最大存储空间或总比特数与球体表面积A成正比。这里每个基本位在边界面上占据一个单元格。然后是位的总数写成[17］,在那里牛顿常数,是光速，和是简化的普朗克常数。这里所做的唯一假设是位总数与边界面面积的比例关系。

假设球体中的空间由于质量而出现与能源．这些能量在比特上平均分配．那么温度是由均分规则决定的吗，为每位的平均能量[17]．在这里是玻尔兹曼常数。通过使用，我们可以求出出射球面空间由于质量的半径以及涌现空间的体积。

我们现在把弗林德的全息原理的建议应用于宇宙膨胀中空间的出现。既然暗能量负责宇宙的膨胀，我们就在全息原理的框架下，认为暗能量负责宇宙膨胀过程中空间的产生机制。为了验证我们的建议的有效性，我们利用总比特数和平均能量来评估宇宙膨胀之前和膨胀期间所创造空间的大小。然后将结果与上述观测数据进行比较。

我们将计算大爆炸后380.000年的宇宙半径与现在的宇宙半径之比。因为我们将使用位数和能量的方程，所以我们需要宇宙在那个时候的温度。正如上面所提到的，宇宙达到380.000岁的时代叫做重组与解耦。在这个年龄，宇宙的温度下降到3000 K，光子不再与物质相互作用，因此光子保留了黑体辐射。这些光子在3000 K的温度下开始了它们的旅程，今天被观察到在2.75 K的温度下作为CMBR，这是由于宇宙膨胀拉伸了背景辐射的波长[52，53]．现在我们可以计算出半径的比例，通过使用这些温度和以上质量能量暗能量的百分比。

设宇宙年龄为380.000年时的半径和温度为初始半径和温度，和,分别。然后让现在的半径和温度是最终的半径和温度，和,分别。暗能量的初始和最终质能浓度也可以标记为和,分别。根据位数和能量方程，可以写成，我们用的位的总数．通过插入温度3000 K和2.75 K而不是和，的质能浓度分别为[46暗能量为68.3%，而非0.0683%和，分别得到半径的比值，如．这是由Verlinde全息原理得到的CMBR开始辐射时380.000岁时宇宙半径与现在宇宙半径的比值，暗示了膨胀过程中空间的产生是由于暗能量集中差造成的。

大爆炸后380.000年的可观测半径与宇宙半径之比为4260万光年，而现在的宇宙半径为465亿光年lyly = 1091.5。当我们将理论比1044.5与观测比1091.5进行比较时，我们得到了与非常大的宇宙距离相比非常大的精度。

3.结论

这里提出的机制主要是基于Verlinde的全息原理，即由于物质能量源而产生的空间;这里的源是变形玻色子，即暗能量。从380.000岁到现在，宇宙在膨胀的过程中产生了空间，这是显而易见的，所以我们把空间的产生归结于宇宙膨胀产生的暗能量。为了将暗能量和空间的创造联系起来，我们考虑Verlinde的建议，使用暗能量密度而不是质量项。通过计算膨胀前后宇宙半径的比值，验证了所提机制的有效性。膨胀后的宇宙现在的半径携带着膨胀期间所创造空间的信息。从理论上推导出的半径比与380.000年历史和现今宇宙的观测半径值的比是一致的。

半径比的一致性表明所提出的机制是正确的。我们的主张的核心是，宇宙的膨胀等同于由暗能量控制的空间的创造，在弗林德的全息原理框架内，空间是由质能源产生的。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

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