９０ My宇宙論／新宇宙論 #宇宙論
○宇宙の構造
・天の川銀河のある宇宙（実宇宙）が量子的揺らぎにより無から生まれたとすると、その外側には量子的揺らぎの存在する宇宙（虚宇宙）が存在すると想定せざるを得ない。
・虚宇宙には量子的ゆらぎから生まれた他の宇宙（並行宇宙）が存在するだろう。
○実宇宙の誕生からビッグバン
・量子的揺らぎが閾値を超えなければ、揺らぎの内に生じた物質と反物質は対消滅する。＝実宇宙は生まれない。
・量子的揺らぎが閾値を超えると物質と反物質の対称性が破れ、1e－36秒後に反物質が急速に時空間を膨張させる。（原子(1e-10ｍ)よりはるかに小さい実宇宙（1e-27ｍ）⇒３ミリ程度（1e-3ｍ）：宇宙のインフレーション：膨張速度は光速の６０倍超）
（これが逆だと時空は潰れてしまうので実宇宙は誕生しない。）
・その直後から（1e－34秒後→1e－32秒後）高温の物質はビッグバンを起こす。
（実宇宙の大きさ：３ミリ（1e-3ｍ）⇒１０ｃｍ（1e-1ｍ））
○現在
・反物資による膨張はエントロピーを減少させ、物質はエントロピーを増加させつつ膨張する。（実宇宙の膨張速度は光速の４倍）
・その中で知性が誕生し、成長する。
○実宇宙の構造
・実宇宙の外側は反物資であり、並行宇宙の外側も反物質であることから、２つの宇宙は反発する。
○実宇宙の未来
＜その１＞暗黒エネルギーが実宇宙の外側にある反物質間の斥力である場合。
・実宇宙は膨張を続け蒸発する。＝虚宇宙に生じた大きな揺らぎの結果の消滅
・蒸発する前には、実宇宙の反物質の外殻は脆くなっており、他の並行宇宙と衝突すると、両方の宇宙が崩壊する。
・ということは、他の並行宇宙同士の衝突により飛散した物質が実宇宙の外殻に衝突すれば、量子的にそれを観測できるかもしれない。
＜その２＞☆暗黒エネルギーが構造を持つ場合。
・立体構造の変化により宇宙膨張の速度は変化する。
・宇宙は暗黒エネルギーの構造により支えられる。
☆宇宙の膨張はジャンプ傘のように突然止まる。
※楽天市場
http://item.rakuten.co.jp/chara-marimo/1238-4661nv/
○並行宇宙間の交信
・重力波による交信が考えられる。
８９ Emergent Gravity(Entropic Gravity) and the Dark Universe(Dark Matter and Dark Energy) #gravity #darkmatter #darkenergy
○Erik P. Verlinde published 51 papers on-line November 7, 2016. In this paper, entropic gravity is said to be able to explain " Galaxy rotation curve problem". [1]
※A significant discrepancy exists between the experimental galaxy rotation curves observed, and a curve derived from theory. The theory of dark matter was postulated to account for the variance. [2]
○And in this paper he provides evidence for the fact that the observed dark energy and the phenomena currently attributed to dark matter have a common origin and are connected to the emergent nature of spacetime and gravity. [1]
○Discussion result
１）The positive dark energy and accelerated expansion are caused by the slow thermalization of the emergent spacetime. [1]
2) The observed phenomena that are currently attributed to dark matter are the conesquence of the emergent nature of gravity and are caused by an elastic response due to the volume law contribution to the entanglement entropy in our universe. [1]
3) Dark matter is not a collection of invisible particles but a result of the interaction of ordinary matter and dark energy. [1]
○When explaining the gravitational distribution around galaxies by dark matter, it is necessary to determine the mass of the dark matter so as to match the data obtained by the actual observation. In other words, the mass of dark matter is used as a free variable to match theory and reality. On the other hand, Verlinde's theory does not use these free variables, and there is the advantage that the predicted value derived directly from the theory agrees with the actual observation result. [3]
○Tasks
・ It is still an open question if and how the standard cosmological picture is incorporated in a theory of emergent gravity. [1]
・Mark Van Raamsdonk calls Verlinde’s idea “definitely an important direction.” But he says it’s too soon to tell whether everything in the paper — which draws from quantum information theory, thermodynamics, condensed matter physics, holography and astrophysics — hangs together. [4]
・One problem, said Brian Swingle, who also works in holography, is that Verlinde lacks a concrete model universe like the ones researchers can construct in AdS space, giving him more wiggle room for making unproven speculations. [4]
・This theory combines a lot of hypotheses that are not well established and only identifies the amount compared with the observation, not precise formulation is done. [5]
• The order is the same as Beckenstein - Hawking entropy, but it is offset by a factor of 1/4. [5]
・This theory introduces the degree of freedom of measurement which describes time and space bending from the beginning. In order to claim that the Einstein equation was properly derived under elastic coordinate representation from the general coordinate transformation, it is necessary to write down the degree of freedom of the measurement from the original degree of freedom of the elastic body and also derive general coordinate transformation invariance . Furthermore, since no correction term to the equation is given, it can not be compared whether gravity wave data observed with LIGO matches entropic gravity theory or not. . [5]
• The theoretical check at the paper [6] written by the observation group of the Netherlands was made only within the range of error of 1σ at most. [5]
○In order to verify this theory and to obtain a definite answer, firstly progress of observation and theory is desired.
【References】
1. Erik P. Verlinde “Emergent Gravity and the Dark Universe” 20161107
https://arxiv.org/abs/1611.02269
2. Galaxy rotation curve – Wikipedia
3.“Verlinde's new theory of gravity passes first test” 20161216
https://phys.org/news/2016-12-verlinde-theory-gravity.html
4. Natalie Wolchover” The Case Against Dark Matter”at Quanta magazine 20161129
https://www.quantamagazine.org/erik-verlindes-gravity-minus-dark-matter-20161129/
5. Masahiro Hotta”エントロピック重力理論” at Quantum Universe 20161225
http://mhotta.hatenablog.com/entry/2016/12/25/092822
6. ”First test of Verlinde’s theory of Emergent Gravity using Weak Gravitational Lensing measurements” 20161219
https://arxiv.org/pdf/1612.03034.pdf
【Change log】
20171112 New description
20171209 Description of the strength of entropic gravity and tasks.
８９ エントロピック重力（創発重力）と暗黒宇宙（暗黒エネルギー・暗黒物質） #重力#暗黒物質 #暗黒エネルギー
○エリック・ヴァーリンデは2016年11月7日にオンラインで51ページにわたる論文を発表した。この論文ではエントロピック重力によって「銀河の回転速度問題」を説明できるとしている。[1]
※渦状銀河の外縁部は、非常に速い速度で回転していることがわかっているが、目に見える通常の天体の質量にもとづく計算ではこの速度の説明がつかない。この問題を既存の重力理論の枠内で説明するには、目に見えない大量の暗黒物質を重力源として想定する必要があった。[2]
○また、この論文では、暗黒エネルギーと、暗黒物質が共通の起源を有し、時空と重力の出現に関連しているという証拠を提供するとしている。[1]
○考察の結果
１）暗黒エネルギーと加速膨張は創発的時空のゆっくりとした熱化により引き起こされる。[1]
２）現在観測される暗黒物質に関する現象は、重力の創発性の共起であり、宇宙における絡み合いエントロピーへの体積法則寄与による弾性応答によって引き起こされる。[1]
3)暗黒物質とは目に見えない粒子の集まりではなく、普通の物質と暗黒エネルギーの相互作用の結果。 [1]
○銀河の周囲での重力分布を暗黒物質により説明する場合は、実際の観測で得られたデータと合致するように暗黒物質の質量を決める必要がある。つまり、理論と現実を一致させるための自由変数として、暗黒物質の質量が使われている。一方、ヴァーリンデ理論はこうした自由変数を利用しておらず、理論から直接導出した予測値が実際の観測結果と一致するという強みがある。[3] [4] [5]
○課題
・エントロピック重力の理論が標準的な宇宙論に合致するかどうかは、まだ未解決の問題。[1]
・量子情報理論や熱力学、凝縮系物理学、ホログラフィー、天体物理学のすべてに関連性があると言うには早すぎる。－ファン・ラームスドンク[6]
・反ド・ジッター空間で構築できるような具体的なモデルがなく、証明できない空論と指摘される余地を残している－ブライアン・スウィングル[6]
・根拠の確立していない多数の仮説を沢山組み合わせて、観測と比べられる量を同定しているだけで、精密な定式化がなされているわけではない。－Masahiro Hotta 20161225 [7]
・ベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーと同じオーダーだが、1/4の因子だけずれている。－Masahiro Hotta 20161225 [7]
・時空の曲がりを記述する計量の自由度を最初から導入してしまっている。弾性体的描像から一般座標変換のもとで対称なアインシュタイン方程式をきちんと導いたと主張するためには、その計量の自由度を元の弾性体の自由度から書き下し、一般座標変換不変性も導く必要がある。さらに方程式への補正項も与えられていないため、LIGOで観測された重力波のデータとエントロピック重力理論が整合するかどうも比べようがない。－Masahiro Hotta 20161225 [7]
・オランダの観測グループが書いた論文（https://arxiv.org/abs/1612.03034）[5]での理論のチェックも、たかだか１σの誤差の大きい範囲でなされたに過ぎない。－Masahiro Hotta 20161225 [7]
○この理論を検証して確実な答えを得るには、観測と理論の進展が望まれる。 [7]
【参 考】
1. Erik P. Verlinde “Emergent Gravity and the Dark Universe(創発重力と暗黒宇宙（暗黒物質・暗黒エネルギー）” 20161107
https://arxiv.org/abs/1611.02269
2. 銀河の回転曲線問題 – Wikipedia
3. 荒井聡“ダークマター存在せず? - 「エントロピック重力理論」と観測データが一致”at マイナビニュース 20161222
https://news.mynavi.jp/article/20161222-a230/
4. “Verlinde's new theory of gravity passes first test” 20161216
https://phys.org/news/2016-12-verlinde-theory-gravity.html
5.”First test of Verlinde’s theory of Emergent Gravity using Weak Gravitational Lensing measurements” 20161219
https://arxiv.org/pdf/1612.03034.pdf
6.“暗黒物質」は存在しない？ 大胆な仮説を提唱した物理学者の長き闘い ...”at WIRED 20170402
https://wired.jp/2017/04/02/case-dark-matter/
7. Masahiro Hotta”エントロピック重力理論” at Quantum Universe 20161225
http://mhotta.hatenablog.com/entry/2016/12/25/092822
【更新履歴】
20171112 新規
20171209 エントロピック重力の強みと課題の追加
８８ The Speed of Dark Photon #photon #speed
・・・If dark matter and dark energy has a correlation
・What is Dark Photon？・・・We can estimate that Dark Energy and Dark Matter exists, because Energy and Substance exists.
・Here, I calculate the Speed of Dark Photon by formula：Ｅ＝ｍc^2.
（Ｅ：Energy、ｍ：Mass、ｃ：Speed of Photon）
・cｄ^2／c^2＝Ed･m／（E･md）＝３／０．０３５≒１００
（ｃｄ：Speed of Dark Photon、Ｅｄ：Dark Energy、ｍｄ：Mass of Dark Matter）
・From the above, we can estimate that Speed of Dark Photon is about 10 times that of Speed of Photon.
・In addition, there is also the possibility of Ed = md × cd.
・In this case, Speed of Dark Photon is estimated about 100 times that of Speed of Photon.
【Reference】
1. Sandro Iannaccone”Trovata una quinta forza della natura?” at WIRED 2016
http://www.wired.it/scienza/lab/2016/05/26/quinta-forza-natura/
８８ 暗黒光の速度 #光 #速度
・・・暗黒物質と暗黒エネルギーが関係がある場合
・暗黒光(Dark Photon)とは？・・・物質とエネルギーのあるところには光があることから、暗黒物質と暗黒エネルギーがあるところには暗黒光があると推定される。
・ 暗黒光の速度をＥ＝mc^2、の式を用いて計算すると次のとおり。
（Ｅ：エネルギー、ｍ：質量、ｃ：光の速度）
・cd^2／c^2＝Ed･m／（E･md）＝３倍／０．０３５倍≒１００
（cd：暗黒光の速度、Ed：暗黒エネルギー、md：暗黒物質の質量）
・以上のことから、暗黒光の速度は光速の約１０倍と推定される。
・ なお、暗黒物質と暗黒エネルギー、暗黒光の速度が、Ｅｄ＝md×cdの可能性もある。
・ その場合は、暗黒光の速度は光速の約１００倍と推定される。
【参 照】
1. Sandro Iannaccone”物理の常識を覆す「第5の力」”at WIRED 20160818
http://wired.jp/2016/08/18/quinta-forza-natura/
８７ What is Dark Energy？ #darkenergy
○Dark energy is to expand the space.
☆Two of the nature of the following is assumed.
（１）Repulsive force between the antimatter at the interface of the real universe produces dark energy.
・・・However, it is hard to explain the re-acceleration of the universe expansion by this assumption.
（２）☆Dark energy is considered to be a particle with the structure like dark matter(fine particles having a three-dimensional structure) [1].
・・・The inflation of the universe can be explained by this assumption.
・・・The re-acceleration of the universe expansion can also be explained.
⇒☆Expansion of the universe is likely to stop in abruptly like an automatic umbrella.
・・・However, if the dark energy is the transition such as in the figure below, it can explain the re-acceleration even not have a structure.
【Reference】
1. No.８４－４－２ A Structure of Dark Mtter
８７ 暗黒エネルギーとは何か？ #暗黒エネルギー
○暗黒エネルギーは宇宙空間を膨張させる。
☆次の２つの性質が想定される。
（１） 実宇宙の境界面での反物質間の斥力が暗黒エネルギーを生み出す。
・・・ただし、これだと宇宙膨張の再加速は説明しにくい。
（２） 暗黒エネルギーは暗黒物質（立体構造を持つ微小粒子）と同じく構造を持つ粒子とも考えられる [1]。
・・・これだと宇宙のインフレーションも説明できる。
・・・宇宙膨張の再加速も説明できる。
⇒宇宙の膨張はやがて唐突に止まる可能性がある。（例）ジャンプ傘
・・・しかし、暗黒エネルギーが下図のような遷移をする場合は、構造を持たなくとも再加速を説明できる。
【参 照】
1. No.８６－４－２ 暗黒物質の構造
８６ What is Dark Matter？ #darkmatter
８６－１ Bullet cluster [1]
Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al. [2]
※A galaxy cluster or cluster of galaxies is a structure that consists of anywhere from hundreds to thousands of galaxies bound together by gravity.[2]
※It can be observed both the baryon component and the dark matter component of galaxy clusters by combining the X-ray and a gravitational lens.
※Bullet cluster (1E0657-56) is a very rare high-speed collision. [3]
○The major components of the cluster pair—stars, gas and the putative dark matter—behave differently during collision, allowing them to be studied separately. This accords with prediction of dark matter as only weakly interacting, other than via the gravitational force. [4]
＜Deta＞
・Collision time：1 00～ 200 million years ago
・Distance：3.7 billion light-years
・The relative speed of two galaxy clusters：4,500 km / s
・The ratio of two galaxy clusters = 1:10
・Current distance of two galaxy clusters：1～2 million light-years
・Mass：10^14～10^15Ｍ
・The number of galaxies: several hundred to several thousand
○The hot gas of the two colliding components, seen in X-rays, represents most of the baryonic, i.e. ordinary, matter in the cluster pair.
○The stars of the galaxies, observable in visible light, were not greatly affected by the collision, and most passed right through, gravitationally slowed but not otherwise altered.
８６－２ Structure of the Universe／Fluid simulation of the dark matter [5] [6]
＜Setting＞
・It is necessary to devise for reducing the amount of calculation. (About 550 billion pieces of dark matter particles [7]）
・Short-range force is solved by Barnes-Hut treecode(solving properly because the influence is large), long-range force is solved by particle/mesh simulation(summarized because the influence is small).
・In particle/mesh simulation the amount of calculation dramatically increased as the structure develops, but it is prevented by Barnes-Hut treecode.
・Dark energy does not affect much in structure formation.
＜Difficulty＞
・High-density structures are development everywhere. → divide the dynamic region.
・Gravity is a long-range force. → devise communication algorithm.
※ The photograph above is an enlarged view of the part of the bottom panel. Lower right is the halo of the largest clusters of galaxies that were formed in this simulation. [7]
８６－３ What is Dark matter？
○ Mass of dark particles(particles of dark matter) is 0.3 pieces of hydrogen atoms. [8]
○Density：Dark matter that is included in the earth is 500g. [8]
○Supersymmetric particles are candidates for dark matter. [9]
※ Supersymmetry (SUSY) [10]
☆Dark matter may be a superposition of gravity waves?
※Gravitational wave generated from collision of two black holes (ILLUSTRATION BY C. HENZE, NASA)
８６－４ Gravity of dark matter
８６－４－１ Nature of gravity is different?
・Gravity of Substance is represented by F＝G・ｍa・ｍb／square of L.
（G：gravitational constant、ｍa・ｍb：mass、L：distance）
・Dark matter, despite about５ times presence of Substance, is distributed spherically around the galaxy.
・From the above, assuming Gravity of Dark Matter to be represented by
Fd＝Gd・ｍa・ｍb／n-th power of L,
n is estimated that less than 1.
（Gｄ：gravitational constant of Dark Matter）
・However, it is difficult to explain the attraction between the substance and the dark matter in this assumption.
※True nature of galaxies [11]
☆ If dark matter is a superposition of gravity waves, this idea is not necessary.
８６－４－２ A Structure of Dark Matter
May 19, 2016 Publication
○I wish to suggest a structure for dark matter. This structure has novel features which are of considerable cosmological interest.
○A structure for particles of dark matter(:dark particles) has not been proposed yet. Only the models of large scale structure of the universe are proposed. In my opinion, these models are unsatisfactory for two reasons:
（１）I believe that the retention force which gives the dark matter halo is the structure of dark particles, not the nature of gravity. Without the structure of dark particles it is not clear what dark matter halo would hold such large structure.
（２）The models of large scale structure appear to be too large.
○Atomic structure is almost empty, however has a large volume. In Bohr model [12] the size of atom is a diffuse cloud of negatively charged electrons surrounding a small, dense, positively charged nucleus.
○I wish to put forward a new structure for dark matter. This structure is something stereoscopic based on sphere. Several models are considered. (see Figure１)
○I have made the usual quantum physical assumptions, namely, that each dark particles in close proximity are held in a single orbit by the centripetal force of gravity.
The two orbits are related by electromagnetic radiation. But such radiation is not observed.
○Each dark matter clusters pass with little affected in the collision of galaxy clusters. I have assumed the radius of the orbit is much larger than particle.
Figure１ Examples of the structure [13] [14]
○The dark matter halo surrounding the spiral galaxy appears to have 10 times huge spherical structure of the galaxy. If dark matter forms such 3-dimensional structure, then the huge structure is automatically determined. (see Figure２)
○The dark matter halo always has been suggested the existence of the particle structure.
Figure２ True nature of galaxies [11]
○It has not escaped my notice that the structure of dark matter I have postulated immediately suggests a possible quest for identity of the dark matter.
I am much indebted to Internet, especially Google and Wikipedia for constant information.
I have also been stimulated by knowledge of the online course of cosmology of Dr. Brian Schmidt and Dr. Paul Francis at Australian National University [15], Hitoshi Murayama at The University of Tokyo [11].
８６－４－３ Method of verifying the structure of dark matter：Gravity wave analysis experiment in outer space
☆ When the dark matter has a structure, the gravitational wave is strongly scattered at a specific angle.
☆ Therefore, gravity waves with different strengths will be observed at different places in outer space.
※Example of electron beam analysis [16]
８６－４－４ Twist of Supersymmetry [8]
：In the supersymmetry, bose particles (that convey the force) is the material particles.
＜Conclusions ☆＞Dark matter is supersymmetry Bose particle and has 3-dimensional structure.
８６－４－５ Dark Matter and Black Hole
○Because dark matter has 3-dimensional structure,we can estimate that Dark Matter is difficult to form a Black Hole compared to Substance.
【References】
1. NASA “CHANDRA”
http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/index.html
2. Galaxy cluster - Wikipedia
3. Doug Marett“The Bullet Cluster: Evidence for Dark Matter or Not?”2013
http://www.conspiracyoflight.com/Cosmology/Bullet.html
4. Bullet cluster - Wikipedia
5. 石山智明“スーパーコンピューターの中で生まれる宇宙”
https://www.ssken.gr.jp/MAINSITE/download/newsletter/2012/20121024-sci-2/lecture-01/SSKEN_sci2012-2_ishiyama_presentation.pdf
6. 石山智明”世界最大のシミュレーションでダークマターの正体にせまる” 2013 -You Tube
https://www.youtube.com/watch?v=QsBiGS2zq-8
7. 国立天文台“宇宙初期から現在に至る世界最大規模のダークマターシミュレーション”
http://www.astroarts.co.jp/news/2015/05/07simulation/index-j.shtml
8. 蓑輪眞“暗黒物質の正体は何か？”
http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/symposium/daigaku&kagaku/MINOWA.pdf
9. 浅井祥仁”「テラスケール物理」領域の概要”
http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/terascale/overview.html
10.Dennis SILVERMAN”More About Supersymmetry”
http://sites.uci.edu/energyobserver/2012/12/02/update-on-some-higgs-blog-entries/
11. Hitoshi Murayama“From the Big Bang to Dark Energy” Coursera of The University of Tokyo
https://www.coursera.org/learn/big-bang?utm_campaign=opencourse.bV6GUWEbEeSceSIACy-PDA.opencourse.announcements~opencourse.bV6GUWEbEeSceSIACy-PDA.instructorCourseStart&utm_medium=email&utm_source=other
12. Bohr model - Wikipedia
13.Substances ＆Technologies
http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=metals_crystal_structure
14.The Univercity of Arizona
http://news.engr.arizona.edu/news/materials-science-and-engineering-students-win-best-poster-professional-meetings-0
15. edX ” Astrophysics: Cosmology
https://www.edx.org/course/astrophysics-cosmology-anux-anu-astro4x
16. Low Energy Electron Diffraction
http://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/scat6_2.htm
８６ 暗黒物質とは何か？ #暗黒物質
８６－１ 弾丸銀河団 (bullet cluster)から分かること [1]
銀河団同士の衝突跡がこれだ！
Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al. [2]
※銀河団（ galaxy cluster）とは、数百-数千の銀河の集まり。
※X線と重力レンズを組み合わせることで銀河団のバリオン成分と暗黒物質成分の両方を観測できる。
※弾丸銀河団（1E0657-56）は非常にまれな高速衝突。[3]
○衝突する銀河団では、バリオンのような一般の星間物質が重力以外の力で大きな抵抗を受けるのに対し、重力でしか相互作用しないと考えられている暗黒物質は銀河の星とともにあまり抵抗を受けずに通り抜ける。[1]
＜基本データ＞
・衝突時期：1～2億年前
・銀河系からの距離：37億光年
・銀河団の相対速度：4,500 km/s
・大きさの比＝１：１０
・現在の銀河団間の距離：100～200万光年
・質量：10^14～10^15Ｍ
・銀河の数：数百～数千個
○チャンドラ衛星によるX線撮影では、星間物質のほとんどはピンクの部分に含まれている。
○しかし、重力レンズ効果を用いた観測では、重力の中心は青の部分にある。
８６－２ 宇宙の構造／暗黒物質の流体シミュレーション [4] [5]
＜設定＞
・計算量を落とすための工夫が必要。（約5,500億個の暗黒物質粒子 [6]）
・近距離力をTree法（影響が大きいのできちんと解く）、遠距離力をPM法（影響が少ないのでまとめる）で解く。
・PM法では構造が発達するにつれて計算量が激増するが、Tree法で防ぐ。
・暗黒エネルギーは構造形成にはあまり影響しない。
＜困難性＞
・高密度構造がいたるところで発展する。→動的領域を分割する。
・重力は長距離力である。→通信アルゴリズムを工夫する。
※1枚目のパネル一部を順に拡大したもの。右下はこのシミュレーションで形成した一番大きい銀河団のハロー [6]
８６－３ 暗黒粒子とは？
○暗黒物質の粒子の質量は水素原子0.3個分。[7]
○密度：地球に含まれる暗黒物質は500g [7]
○超対称性粒子が暗黒物質の候補。[8]
☆暗黒物質は重力波の重なりかもしれない？
※2つのブラックホールの衝突により発生した重力波（ILLUSTRATION BY C.HENZE、NASA）
８６－４ 暗黒物質の重力
８６－４－１ 重力の性質が違う？
○物質の重力は、F＝G・ｍa・ｍb／（L＾２）、で表される。
（G：万有引力定数、ｍa・ｍb：質量、L：距離）
○暗黒物質は物質の５倍以上存在するにもかかわらず、例えば銀河では、その周辺に球状に分布している。
○このことから、暗黒物質の重力を、Fｄ＝Gｄ・ｍa・ｍb／Lのｎ乗、とすると、ｎは１以下と推測される。
（Gｄ：暗黒物質の引力定数）
○しかし、これだと物質と暗黒物質間の引力の説明が難しくなってしまう。
※True nature of galaxies [9]
８６－４－２ 暗黒物質の構造
2016年5月19日
○私は暗黒物質には構造があると考える。この構造は宇宙論的に新規な特徴を有している。
○暗黒物質の粒子（暗黒粒子）の構造はまだ提案されていない。提案されているのは、宇宙の大規模構造モデルだけだ。これらのモデルは２つの理由で不十分だ：
（１）私はダークマターハローの保持力は、重力の性質ではなく、構造により得られるものと考える。暗黒粒子の構造がなければ、ダークマターハローはあのように大きな構造を取りえない。
（２）大規模構造モデルは大き過ぎる。
○原子はほとんど空っぽの構造だが、大きな体積を占める。ボーアの原子模型 [10]では、原子核の半径は原子の半径の約10万分の1と小さい。原子の大きさは確率的に分布する電子雲の広がりだ。
○私は暗黒物質のために新しい構造を提唱したい。この構造は球体をベースとする立体的なものだ。いくつかのモデルが考えられる。（図１参照）
○暗黒物質からは電磁波の放出がないことから、近接する暗黒粒子同士は重力を向心力とする単一の軌道をとると考えられる。
○銀河団同士の衝突でも暗黒物質の塊はほとんど影響を受けずに通り過ぎることから、暗黒粒子は非常に小さいもので、軌道の半径は非常に大きいものと考えられる。
図１ 構造の例[11] [12]
○もしも暗黒物質がこのような立体構造を形成すると仮定した場合には、渦巻き銀河を取り巻く暗黒物質のハローが銀河の10倍ほども広がる巨大な球状構造を持つことを自動的に理解できる。（図２参照）
○暗黒物質のハローは最初からその粒子構造の存在を示唆していたのだ。
図２ True nature of galaxies [13]
○このような暗黒物質の構造を理解することは、暗黒物質の正体解明のカギとなる。
この論文をまとめるにあたって、インターネットの情報、特にGoogleとウィキペディアにお世話になった。
また、オーストラリア国立大学のブライアン・シュミット博士とポール・フランシス博士[13]、東京大学の村山斉博士[9]がオンラインで公開されている宇宙論の知識に刺激された。
８６－４－３ 暗黒物質の構造の検証方法：宇宙重力波解析実験
☆暗黒物質が構造を持つ場合、重力波は特定の角度に強く散乱される。
☆従って、宇宙空間の異なる場所では異なる強さの重力波を観測することになる。
※電子線解析の場合 [14]
８６－４－４ 超対称性のねじれ [7]
：超対称性ではボーズ粒子（力を伝える粒子）が物質粒子となる。
＜結 論☆＞暗黒物質は超対称性のボーズ粒子で立体構造を持つ。
８４－４－５ 暗黒物質とブラックホール
○暗黒物質は立体構造を持つことから、物質に比べて、ブラックホールを形成しにくいと推定される。
【参 照】
1. 弾丸銀河団 - Wikipedia
2. NASA “CHANDRA”
http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/index.html
3. X線と重力レンズでさぐる銀河団山形大学理学部物理学科准教授 滝沢元和
http://ksirius.kj.yamagata-u.ac.jp/~takizawa/danwakai_100618.pdf
4. 石山智明“スーパーコンピューターの中で生まれる宇宙”
https://www.ssken.gr.jp/MAINSITE/download/newsletter/2012/20121024-sci-2/lecture-01/SSKEN_sci2012-2_ishiyama_presentation.pdf
5. 石山智明”世界最大のシミュレーションでダークマターの正体にせまる” 2013 -You Tube
https://www.youtube.com/watch?v=QsBiGS2zq-8
6. 国立天文台“宇宙初期から現在に至る世界最大規模のダークマターシミュレーション”
http://www.astroarts.co.jp/news/2015/05/07simulation/index-j.shtml
7. 蓑輪眞“暗黒物質の正体は何か？”
http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/symposium/daigaku&kagaku/MINOWA.pdf
8. 浅井祥仁”「テラスケール物理」領域の概要”
http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/terascale/overview.html
9. 村山斉 “From the Big Bang to Dark Energy” Coursera of The University of Tokyo
https://www.coursera.org/learn/big-bang?utm_campaign=opencourse.bV6GUWEbEeSceSIACy-PDA.opencourse.announcements~opencourse.bV6GUWEbEeSceSIACy-PDA.instructorCourseStart&utm_medium=email&utm_source=other
10. ボーアの原子模型 - Wikipedia
11.技術情報館 SEKIGIN
http://sekigin.jp/03corro/01metal/00me_basic/me_basic_12.html
12.The Univercity of Arizona
http://news.engr.arizona.edu/news/materials-science-and-engineering-students-win-best-poster-professional-meetings-0
13. edX ” Astrophysics: Cosmology
https://www.edx.org/course/astrophysics-cosmology-anux-anu-astro4x
14. 前野昌弘“量子力学講義ノート”20070210
８５ Future of the Universe #future #universe
○ Future of the universe is due to curvature of the universe and dark energy. [1]
【Future of the Universe】
○About the future of the universe, three main scenarios considered. ［2］
Scenario 1: The universe would continue accelerating forever. Therefore, the Milky Way of solar system would have led to gravitationally combined galaxies with very near. In order to exhaust material gas, there are no longer new stars in these galaxies. There are only leaving remnants of black holes and neutron stars, white dwarf stars.・・・10 ^ 18～10 ^ '25 years after
＜If the universe is geometrically flat and dark energy is constant＞
ｋ（the geometry of space）＝０
Ω＝１
Ω：the density parameter＝ρ／ρｃ
ρｃ：the critical density＝9×10＾-27（kg/㎥）＝3Ho＾2／8πG
Ho：Hubble's constant
π：the circumference of a circle divided＝3.1415…
Ｇ：Gravitational constant＝6.67×10＾－11 （m＾3 kg＾－1 s＾－2）
Scenario 2: Inflation would slow gradually, over time the expansion will stop. Furthermore, from which the universe starts to shrink, becomes very small and collapses. = "The Big Crunch". ・・・10＾27 years after
＜If the universe is analogous to a two-dimensional life-form on the surface of a sphere and dark energy decreases＞
ｋ＞０、Ω＞１
π is small on large scales, parallel lines will ultimately meet, and the
interior angles of a triangle add up to more than 180 degrees.
Scenario 3: The acceleration of the universe may happen so quickly that galaxies, stars, and eventually atoms will be torn apart, in the so-called Big Rip.［3］・・・10＾18～10＾25 years after
＜If the universe is analogous to a saddle-shape and infinite, and dark energy increases.＞
ｋ＜０、Ω＜１
πis large on large scales, parallel lines diverge, and the interior angles of a triangle add up to less than 180 degrees.
○ Curvature of the universe・・・The Keyword is Friedman
• According to Friedman, curvature of the universe takes three values positive or zero or negative by the amount of materials and energy in the interior of the universe.
・In the three types of expansion of the universe that Friedman revealed, expansion speed becomes either "gradually slow" or "at the same rate". In the universe of negative curvature, finally expansion rate becomes constant, otherwise, the expansion rate will be slow due to gravity of matter inside the universe.
・Curvature of the universe can be obtained by precisely measuring the temperature fluctuations (non-uniformity of the signal strength) of the cosmic background radiation.
・According to observations of 2005, Ω is between 0.98 and 1.06. [4]
○ However, expansion of the universe has gently accelerated from six billion years ago(doubled over a period of several billion years: the second of inflation) . [1]
・Accelerated expansion is believed to be due to dark energy.
○Dark energy[5]・・・We know only nature of it, that is accelerating the expansion of the universe.
・Dark energy is the unknown energy to accelerate the expansion of the universe. It has similar properties as the cosmological term that introduced by Einstein to keep the static state of the universe without collapse by gravity.
・Its identity might be the energy of a mere vacuum as well as the cosmological term, or some potential energy (of the scalar field) that does not substantially change even in 10 billion years of time scale.
Others, it can be considered such scenarios that gravity theory which defines the cosmic expansion deviates from general relativity, or remnants of the high-dimensional cosmological such as membrane models have created an effective dark energy.
○In the case of scenario 1, it is necessary to escape from this universe after a few trillion years. [6]
[Expansion of the universe] [7]
○ For expansion of the universe is the expansion of space-time itself, so it is also possible to exceed the speed of light.
○Currently, the observable universe is expanding at 3.5 times of the speed of light. And expansion is accelerating.
: In the 18 billion light-years distant, the expansion velocity exceeds the speed of light. = We can not observe in the distance from it.
⇒After 2 trillion years it almost becomes invisible but one giant galaxy.
: We are living in special times!
○Outside of the observable universe is not known whether infinite or finite.
○ In any case, the observable universe is smaller than the whole universe, so we can not determine the structure of the entire universe by observation.
⇒ Therefore, in order to escape from our universe, rather than fly, it is necessary to exceed the time and space.
[Free lunch model] （Alan Harvey Guth）[8]
・Negative energy is repulsive force, and repulsive force inflates the space.
・When "negative" energy is generated by quantum fluctuations, "positive" energy of the same amount is also generated.
= If the universe continues to expand, material and energy are newly generated.
○According to observations so far, we are likely to think a bit optimistic about the future of the universe.
○But above is hypothesis and it is not intended validated. Moreover, the time requires 10 billion years. Don't worry!
○ Hypothesis over the future of the universe is a situation of "anything goes". [9]
☆There is a possibility that the universe can take any form.
☆ In the early universe, it might be another universe looked.
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【Future of intelligence】
☆ The important thing for the intelligence is communication between the parallel universe rather than escape from the universe.
☆ Communication between the parallel universe would be done by GAI[10].
【Reference】
1. 「気が遠くなる未来の宇宙のはなし(The story of the future of the universe mind-boggling)」Ktsuhiko Sato(2013)p.187～
2. Chandra X-ray Observatory - NASA's flagship X-ray telescope
http://chandra.harvard.edu/photo/2004/darkenergy/more.html
3. ビッグリップ（Japanese） - Wikipedia
4. 平坦性問題(Japanese) - Wikipedia
5. School of science the university of Tokyo
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/story/newsletter/keywords/25/03.html
6. Michio Kaku / New York incandescent classroom " Amazing prophecy of "Theory of Everything;TOE"" 20150403
https://www.youtube.com/watch?v=EWXNFhCuwXI
7. 宇宙(Japanese) – Wikipedia
8. No.２１－３ Free lunch model（Alan Harvey Guth）
9.KIER HARRIS “10 Theories On How The Universe Will End”20140411
http://listverse.com/2014/04/11/10-theories-on-how-the-universe-will-end/
10.GAI ：Growing Artificial Intelligence No.３６、No.４０、No.４１
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