Chương 2: hi cách tư tràng làm ám vật chất chân không chất môi giới: Tin tức truyền lại cơ chế cùng vũ trụ học hiệu ứng nghiên cứu

Hi cách tư tràng làm ám vật chất chân không chất môi giới: Tin tức truyền lại cơ chế cùng vũ trụ học hiệu ứng nghiên cứu

Tác giả: Trần khoa

ORCID:0009-0007-8725-0916

Trích yếu

Bổn văn căn cứ vào hi cách tư tràng làm thống nhất chân không chất môi giới, xây dựng một bộ trước sau như một với bản thân mình giải thích ám vật chất không gian phân bố, năng lực kém mềm γ xạ tuyến phóng xạ bối cảnh cập Hubble sức dãn lý luận mô hình, nghiêm khắc tuần hoàn tiêu chuẩn mô hình nhỏ nhất mở rộng nguyên tắc, không dẫn vào bất luận cái gì thêm vào không biết hạt cơ bản. Bổn văn cấp ra mô hình hoàn chỉnh hữu hiệu tác dụng lượng cùng tràng phương trình biến phân suy luận, ở Schwarzschild trạng thái tĩnh cầu đối xứng độ quy hạ, chính xác suy luận ra hắc động tầm nhìn phụ cận ám vật chất mật độ ρ_DM∝ 1/r^2 phân bố quy luật; từ lượng tử tràng luận góc độ minh xác định nghĩa á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái, kết hợp freeze-in sinh ra cơ chế, định lượng tính toán đến này vũ trụ di tích phong độ Ω_X h^2≈ 0.12, cùng Planck 2020 vũ trụ học quan trắc giá trị độ cao ăn khớp; suy luận thành lập vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng năng lượng mật độ diễn biến quan hệ c∝ρ_H^{1/4}, thông qua biến vận tốc ánh sáng tu chỉnh Friedman phương trình, ở không sửa chữa Thuyết tương đối rộng trung tâm dàn giáo tiền đề hạ, định lượng giải thích Hubble sức dãn vấn đề. Mô hình đưa ra cao áp thủy quang tốc đo lường, mềm γ xạ tuyến có thể phổ tinh vi quan trắc, đồng hồ nguyên tử trường kỳ trôi đi giám sát tam loại thực nghiệm tiên đoán, đều cấp ra cụ thể lượng hóa trị số, thực nghiệm tham số cập hiện có kỹ thuật tính khả thi phân tích, sở hữu tiên đoán đều nhưng thông qua trước mặt thực nghiệm thủ đoạn kiểm nghiệm. Bổn văn thông qua χ^2 nghĩ hợp kiểm nghiệm, MCMC tham số phỏng chừng hoàn thành mô hình cùng nhiều chừng mực quan trắc số liệu định lượng đối lập, kết quả cho thấy mô hình cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong, INTEGRAL/SPI cập eROSITA mềm γ xạ tuyến quan trắc hạn mức cao nhất, Hubble hằng số nhiều tổ đo lường giá trị đều trước sau như một với bản thân mình ăn khớp.

Từ ngữ mấu chốt: Hi cách tư tràng; ám vật chất; Hubble sức dãn; biến vận tốc ánh sáng lý luận; mềm γ xạ tuyến phóng xạ; hướng dẫn dẫn lực; vũ trụ học mô hình

1 lời nói đầu

Trước mặt hạt vật lý cùng vũ trụ học lĩnh vực gặp phải tam đại trung tâm chưa giải quyết nan đề: Ám vật chất vi mô bản chất cùng vĩ mô không gian phân bố chưa minh xác; hắc động tầm nhìn phụ cận vật chất động lực học hành vi khuyết thiếu cùng tiêu chuẩn mô hình hàm tiếp thống nhất miêu tả; bất đồng quan trắc thủ đoạn trắc đến Hubble hằng số tồn tại lộ rõ sai biệt ( Hubble sức dãn ), hiện có lý tranh cãi lấy ở chỉ một dàn giáo nội thực hiện trước sau như một với bản thân mình giải thích.

Hiện có ám vật chất mô hình nhiều dẫn vào nhược hỗ trợ lẫn nhau đại chất lượng hạt ( WIMP ), trục chờ tân hạt, nhưng này tồn tại tính chưa được đến thực nghiệm trực tiếp nghiệm chứng; hắc động vật lý nghiên cứu nhiều cực hạn với Thuyết tương đối rộng kinh điển dàn giáo, chưa cùng hạt vật lý tiêu chuẩn mô hình thành lập hữu hiệu ngẫu hợp; Hubble sức dãn giải quyết phương án như sửa chữa dẫn lực lý luận, lúc đầu vũ trụ bạo trướng mô hình tu chỉnh chờ, phổ biến tồn tại tự do tham số quá nhiều, nhưng kiểm nghiệm tính nhược vấn đề. Hi cách tư tràng làm tiêu chuẩn mô hình trung duy nhất cơ bản đại lượng vô hướng tràng, là hạt cơ bản tĩnh chất lượng giao cho giả, nhưng này vũ trụ học chừng mực động lực học chất môi giới tính chất chưa bị đầy đủ khai quật, này vì thực hiện hạt vật lý cùng vũ trụ học thống nhất giải thích cung cấp trung tâm thiết nhập điểm.

Bổn văn đưa ra hi cách tư tràng làm chân không thống nhất chất môi giới trung tâm giả thuyết, đem hi cách tư tràng từ đơn thuần chất lượng giao cho đại lượng vô hướng tràng, mở rộng vì có động lực học chất môi giới tính chất trung tâm tràng, thông qua hi cách tư tràng cùng bối cảnh đại lượng vô hướng tràng χ, keo tử tràng nhược ngẫu hợp tác dụng, ở không dẫn vào tân hạt, không sửa chữa Thuyết tương đối rộng trung tâm tiền đề hạ, thực hiện ám vật chất phân bố, hắc động tầm nhìn vật lý, Hubble sức dãn tam đại nan đề thống nhất giải thích. Bổn văn trung tâm sáng tạo điểm vì: ① xây dựng hi cách tư tràng cùng dẫn lực, cường hỗ trợ lẫn nhau ngẫu hợp hữu hiệu tác dụng lượng, thực hiện hạt vật lý cùng vũ trụ học trực tiếp hàm tiếp; ② suy luận ra hắc động tầm nhìn phụ cận ám vật chất mật độ 1/r^2 chính xác phân tích giải, không cần giả thiết tân ám vật chất hạt; ③ minh xác định nghĩa á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái lượng tử tràng luận hình thức, định lượng tính toán này sinh ra suất cùng vũ trụ di tích phong độ, cùng quan trắc giá trị tinh chuẩn xứng đôi; ④ thành lập vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng mật độ diễn biến quan hệ, thông qua biến vận tốc ánh sáng tu chỉnh Friedman phương trình định lượng nghĩ hợp Hubble hằng số quan trắc giá trị, tiêu trừ Hubble sức dãn; ⑤ đưa ra tam loại nhưng thông qua hiện có kỹ thuật kiểm nghiệm thực nghiệm tiên đoán, cấp ra cụ thể lượng hóa trị số cùng quan trắc phương án, thực hiện lý luận cùng thực nghiệm chặt chẽ hàm tiếp.

Bổn văn kết cấu nghiêm khắc tuần hoàn Springer tập san quy phạm: Chương 2 cấp ra mô hình hoàn chỉnh toán học dàn giáo, bao gồm hữu hiệu tác dụng lượng, tràng phương trình suy luận cập sở hữu tham số minh xác định nghĩa; chương 3 ở Schwarzschild độ quy hạ suy luận ám vật chất mật độ phân bố, cũng cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong quan trắc số liệu tiến hành χ^2 định lượng nghĩ hợp; chương 4 định nghĩa á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái, tính toán này mềm γ xạ tuyến có thể phổ cũng cùng INTEGRAL/SPI, eROSITA quan trắc hạn mức cao nhất đối lập; chương 5 suy luận vận tốc ánh sáng diễn biến quan hệ, thông qua MCMC nghĩ hợp được đến diễn biến tham số cũng giải thích Hubble sức dãn; chương 6 đối tam loại thực nghiệm tiên đoán tiến hành lượng hoá phân tích, cấp ra thực nghiệm tham số cùng kỹ thuật tính khả thi; chương 7 vì kết luận cùng thảo luận. Sở hữu toán học công thức liên tục đánh số, trung tâm biểu đồ đều bổ sung hoàn chỉnh trục toạ độ nhãn, khác biệt bổng, số liệu nơi phát ra cùng nghĩ hợp ưu độ, tham khảo văn hiến bao trùm lý luận, quan trắc, thực nghiệm toàn lĩnh vực, thỏa mãn Springer tập san phát biểu yêu cầu.

2 lý luận cơ sở: Hữu hiệu tác dụng lượng cùng tràng phương trình

Bổn tiết cấp ra mô hình hoàn chỉnh toán học dàn giáo, vi hậu tục sở hữu vật lý kết luận cung cấp nghiêm khắc toán học chống đỡ. Mô hình chọn dùng kinh điển xấp xỉ + nhược ngẫu hợp xấp xỉ, xem nhẹ lượng tử trướng lạc cao giai tu chỉnh, sở hữu suy luận đều thỏa mãn năng lượng thủ hằng, nghĩa rộng hiệp biến nguyên lý cùng tiêu chuẩn mô hình quy phạm tính đối xứng, vô thêm vào tự do tham số dẫn vào.

2.1 trung tâm hữu hiệu tác dụng lượng

Mô hình hữu hiệu tác dụng lượng từ hi cách tư tràng, bối cảnh đại lượng vô hướng tràng, dẫn lực tràng, keo tử tràng cập ám vật chất tương quan thái kéo thị lượng tạo thành, là hạt vật lý tiêu chuẩn mô hình cùng hướng dẫn dẫn lực lý luận nhỏ nhất ngẫu hợp hình thức, cụ thể vì:

S =∫ d^4x√(-g)[(1/(2κ)) R -|D_μΦ|^2 - V(Φ)-(1/2)(∂μχ)^2 - V_χ(χ)-(ξ/Λ^2)χ^2Φ^†Φ-(κ_G/Λ_G^4)Φ^†Φ G^a{μν} G^{aμν}]+∫ d^4x√(-g) L_X (1)

Thức (1) trung các lượng vật lý cùng ngẫu hợp tham số định nghĩa, lượng cương cập vật lý ý nghĩa minh xác như sau, sở hữu tham số lấy giá trị đều thỏa mãn tự nhiên tính yêu cầu cùng hiện có thực nghiệm ước thúc:

Dẫn lực hạng: (1/(2κ)) R, R vì kỳ đại lượng vô hướng, κ= 8π G / c_0^4≈ 2.07× 10^{-43} G^{-1} cm^{-2} vì dẫn lực ngẫu hợp hằng số, G vì lực vạn vật hấp dẫn hằng số, c_0≈ 3× 10^8 m·s^{-1} vì trước mặt chân không vận tốc ánh sáng;

Hi cách tư tràng hạng: -|D_μΦ|^2 - V(Φ), Φ=(0; v + h/√2) vì SU(2)×U(1) đối xứng hi cách tư nhị trọng thái, v≈ 246 GeV vì hi cách tư chân không kỳ vọng, h vì hi cách tư pha xúc xắc tràng; hiệp biến đạo số D_μ=∂_μ- i g T^a W_μ^a - i g' Y B_μ thỏa mãn điện nhược quy phạm tính đối xứng, g/g' vì điện nhược ngẫu hợp hằng số, T^a/Y vì SU(2) sinh thành nguyên / siêu hà; hi cách tư thế V(Φ)=μ^2Φ^†Φ+λ(Φ^†Φ)^2, trong đó μ^2 < 0 bảo đảm tính đối xứng tự phát phá thiếu, λ≈ 0.13 vì hi cách tư tự ngẫu hợp hằng số, từ LHC thực nghiệm trắc định;

Bối cảnh đại lượng vô hướng tràng hạng: -(1/2)(∂_μχ)^2 - V_χ(χ), χ vì vô chất lượng, vô hà toàn cục bối cảnh đại lượng vô hướng tràng, chỉ cùng hi cách tư tràng ngẫu hợp, này thế hàm số lấy nhất giản hình thức V_χ(χ)= 0, bảo đảm tràng chậm lăn diễn biến đặc tính;

Hi cách tư - bối cảnh đại lượng vô hướng ngẫu hợp hạng: -(ξ/Λ^2)χ^2Φ^†Φ, ξ∼ 10^{-3} vì nhược ngẫu hợp hằng số, Λ∼ 1 TeV vì điện nhược có thể tiêu, nên ngẫu hợp hạng bảo đảm hi cách tư tràng mật độ tùy bối cảnh đại lượng vô hướng tràng diễn biến, là vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ thời gian biến hóa trung tâm vật lý nơi phát ra;

Hi cách tư - keo tử ngẫu hợp hạng: -(κ_G/Λ_G^4)Φ^†Φ G^a_{μν} G^{aμν}, κ_G∼ 10^{-6} vì cực nhược ngẫu hợp hằng số, Λ_G∼ 10 TeV vì cường hỗ trợ lẫn nhau có thể tiêu, G^a_{μν} vì SU(3) keo tử tràng cường trương lượng, nên ngẫu hợp hạng là á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái sinh ra trung tâm cơ chế;

Ám vật chất tương quan thái hạng: L_X, vì hi cách tư tràng cùng keo tử tràng ngẫu hợp sinh ra ám vật chất ngưng tụ thái kéo thị lượng, thỏa mãn pha sắc - Einstein ngưng tụ điều kiện, vô hạt số trướng lạc, cụ thể hình thức đem ở chương 4 kỹ càng tỉ mỉ định nghĩa.

2.2 tràng phương trình biến phân suy luận

Đối hữu hiệu tác dụng lượng thức (1) phân biệt về hi cách tư tràng Φ, bối cảnh đại lượng vô hướng tràng χ cập độ quy g_{μν} biến phân, được đến các tràng vận động phương trình, sở hữu suy luận đều tuần hoàn Thuyết tương đối rộng biến phân nguyên lý δS/δφ= 0 ( φ vì tùy ý tràng lượng ).

2.2.1 hi cách tư tràng phương trình

Đối thức (1) về hi cách tư tràng Φ^† biến phân, xem nhẹ cao giai lượng tử tu chỉnh, được đến hi cách tư tràng hiệp biến vận động phương trình:

D^μ D_μΦ-∂V(Φ)/∂Φ^†-(ξ/Λ^2)χ^2Φ-(κ_G/(2Λ_G^4)) G^a_{μν} G^{aμν}Φ= 0 (2)

Thức (2) vì phi tuyến tính Klein - qua đăng phương trình, bao hàm dẫn lực tràng, bối cảnh đại lượng vô hướng tràng, keo tử tràng đối hi cách tư tràng ngẫu hợp tác dụng, là hi cách tư tràng không gian phân bố cùng thời gian diễn biến trung tâm phương trình. Ở trạng thái tĩnh, nhược ngẫu hợp xấp xỉ hạ, nhưng đơn giản hoá vì phương trình bậc một cũng cầu được phân tích giải.

2.2.2 bối cảnh đại lượng vô hướng tràng phương trình

Đối thức (1) về bối cảnh đại lượng vô hướng tràng χ biến phân, nhân V_χ(χ)= 0, được đến bối cảnh đại lượng vô hướng tràng vận động phương trình:

□χ+(2ξ/Λ^2)χΦ^†Φ= 0 (3)

Trong đó □= g^{μν}∇_μ∇_ν vì đạt được lãng Bell tính phù, thức (3) cho thấy bối cảnh đại lượng vô hướng tràng diễn biến từ hi cách tư tràng mật độ quyết định, hai người hình thành ngẫu hợp diễn biến hệ thống, là vũ trụ học chừng mực hạ hi cách tư tràng mật độ tùy thời gian biến hóa trung tâm nguyên nhân.

2.2.3 tu chỉnh Einstein tràng phương trình

Đối thức (1) về độ quy g_{μν} biến phân, được đến hướng dẫn dẫn lực dàn giáo hạ Einstein tràng phương trình:

G_{μν}=κ T_{μν}^{tot}(4)

Trong đó G_{μν}= R_{μν}-(1/2) g_{μν} R vì Einstein trương lượng, T_{μν}^{tot} vì sở hữu vật chất tràng tổng năng lượng - động lượng trương lượng, bao gồm hi cách tư tràng, bối cảnh đại lượng vô hướng tràng, keo tử tràng cập ám vật chất tương quan thái, cụ thể hình thức vì:

T_{μν}^{tot}= T_{μν}^Φ+ T_{μν}^χ+ T_{μν}^G + T_{μν}^X (5)

Các tràng năng lượng - động lượng trương lượng đều lấy tiêu chuẩn hình thức, như hi cách tư tràng năng lượng - động lượng trương lượng T_{μν}^Φ= D_μΦ D_νΦ^†+ D_νΦ D_μΦ^†- g_{μν}(|D_αΦ|^2 + V(Φ)). Thức (4) cho thấy dẫn lực tràng từ sở hữu vật chất tràng năng lượng - động lượng trương lượng hướng dẫn, thực hiện hạt vật lý cùng Thuyết tương đối rộng tự nhiên hàm tiếp.

2.3 ám vật chất mật độ cùng hi cách tư tràng quan hệ

Mô hình trung tâm vật lý giả thiết vì: Hi cách tư tràng năng lượng mật độ trực tiếp chờ hiệu vì ám vật chất mật độ, không cần dẫn vào thêm vào ám vật chất hạt. Hi cách tư tràng năng lượng mật độ định nghĩa vì tiêu chuẩn đại lượng vô hướng tràng hình thức:

ρ_H =|D_μΦ|^2 + V(Φ)(6)

Ở trạng thái tĩnh, vô trướng lạc xấp xỉ hạ ( ∂_tΦ= 0, h = 0 ), hi cách tư tràng ở vào chân không kỳ vọng, thức (6) đơn giản hoá vì ρ_H = V(Φ)=λ v^4/4, lúc này ám vật chất mật độ vì:

ρ_DM =ρ_H / c_0^2 (7)

Thức (7) vật lý ý nghĩa vì hi cách tư tràng chân không có thể lấy ám vật chất hình thức tồn tại, này lý luận căn cứ vì chân không có thể dẫn lực hiệu ứng cùng ám vật chất chờ hiệu, nên quan hệ là kế tiếp hắc động tầm nhìn ám vật chất mật độ phân bố suy luận trung tâm cơ sở.

3 hắc động tầm nhìn phụ cận ám vật chất mật độ phân bố

Bổn tiết ở Schwarzschild trạng thái tĩnh cầu đối xứng độ quy hạ, cầu giải hi cách tư tràng phương trình phân tích giải, chính xác suy luận ra ám vật chất mật độ ρ_DM∝ 1/r^2 phân bố quy luật, cũng cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong quan trắc số liệu tiến hành χ^2 định lượng nghĩ hợp, nghiệm chứng mô hình hợp lý tính.

3.1 Schwarzschild độ quy cùng cơ bản xấp xỉ

Suy xét trạng thái tĩnh cầu đối xứng hắc động, lúc đó không độ quy chọn dùng Schwarzschild hình thức, tuyến nguyên vì:

ds^2 =-(1 - 2GM/(c_0^2 r)) c_0^2 dt^2 +(1 - 2GM/(c_0^2 r))^{-1} dr^2 + r^2 dΩ^2 (8)

Trong đó M vì hắc động chất lượng, r_g = 2GM/c_0^2 vì hắc động dẫn lực bán kính ( tầm nhìn ), dΩ^2 = dθ^2 + sin^2θ dφ^2 vì cầu đối xứng mặt nguyên.

Vì cầu giải hi cách tư tràng phương trình (2), dẫn vào tam đại hợp lý xấp xỉ, sở hữu xấp xỉ đều có minh xác vật lý căn cứ, thả xấp xỉ khác biệt nhưng xem nhẹ:

Trạng thái tĩnh xấp xỉ: Hắc động tầm nhìn phụ cận thời không vì trạng thái tĩnh, hi cách tư tràng vô thời gian diễn biến, ∂_tΦ= 0;

Cầu đối xứng xấp xỉ: Hi cách tư tràng phân bố cùng góc độ không quan hệ, ∂_θΦ=∂_φΦ= 0, chỉ vì kính hướng tọa độ r hàm số;

Nhược ngẫu hợp xấp xỉ: Xem nhẹ keo tử tràng cùng bối cảnh đại lượng vô hướng tràng ngẫu hợp tác dụng ( ξ≪ 1, κ_G≪ 1 ), chỉ suy xét dẫn lực tràng đối hi cách tư tràng tác dụng.

Ở kể trên xấp xỉ hạ, hi cách tư tràng phương trình (2) nhưng trên diện rộng đơn giản hoá, thực hiện phân tích cầu giải.

3.2 hi cách tư tràng kính hướng phân tích giải

Đem Schwarzschild độ quy (8) cùng tam đại xấp xỉ đại nhập hi cách tư tràng phương trình (2), nhân ∂_tΦ=∂_θΦ=∂_φΦ= 0, hiệp biến đạo số đơn giản hoá vì kính dẫn đường số, hi cách tư tràng phương trình đơn giản hoá vì:

(1/r^2) d/dr ( r^2 dΦ/dr )-(λ/2)Φ= 0 (9)

Thức (9) vì nhị giai thường vi phân phương trình, này thông hiểu vì cầu bối Serre hàm số hình thức, suy xét đến vật lý biên giới điều kiện —— tầm nhìn chỗ ( r = r_g ) hi cách tư tràng hữu hạn, vô cùng nơi xa ( r→∞ ) hi cách tư tràng xu với chân không kỳ vọng v, lựa chọn sử dụng thông hiểu vật lý chi nhánh, được đến hi cách tư tràng kính hướng phân tích giải:

Φ(r)=(C v)/r + v (10)

Trong đó C = r_g/2 vì cùng hắc động dẫn lực bán kính tương quan hằng số, từ tầm nhìn chỗ biên giới điều kiện xác định. Thức (10) cho thấy hi cách tư tràng kính hướng phân bố cùng 1/r có quan hệ trực tiếp, khoảng cách hắc động càng gần, hi cách tư tràng phúc giá trị càng lớn.

3.3 ám vật chất mật độ 1/r^2 phân bố suy luận

Đem hi cách tư tràng kính hướng giải (10) đại nhập hi cách tư tràng năng lượng mật độ công thức (6), ở trạng thái tĩnh xấp xỉ hạ |D_μΦ|^2 =(dΦ/dr)^2, xem nhẹ tự ngẫu hợp thế hằng số hạng ( chỉ ảnh hưởng chỉnh thể về một hóa ), được đến hi cách tư tràng kính hướng năng lượng mật độ:

ρ_H(r)=(dΦ/dr)^2 =(C^2 v^2)/r^2 (11)

Kết hợp ám vật chất mật độ cùng hi cách tư tràng mật độ trung tâm quan hệ (7), được đến ám vật chất mật độ kính hướng phân bố:

ρ_DM(r)=(C^2 v^2)/(c_0^2 r^2)∝ 1/r^2 (12)

Thức (12) vì bổn văn trung tâm kết luận chi nhất: Hắc động tầm nhìn phụ cận ám vật chất mật độ tùy kính hướng khoảng cách bình phương thành ngược lại, nên kết luận vì chính xác phân tích giải, cùng hắc động chất lượng M không quan hệ, chỉ từ cầu đối xứng + trạng thái tĩnh xấp xỉ quyết định, không có bất luận cái gì tự do tham số nghĩ hợp.

3.4 cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong định lượng nghĩ hợp

Vì nghiệm chứng mô hình hợp lý tính, đem ám vật chất mật độ phân bố (12) cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong quan trắc số liệu tiến hành định lượng đối lập, chọn dùng χ^2 nghĩ hợp kiểm nghiệm, nghĩ hợp số liệu lựa chọn sử dụng hệ Ngân Hà khay bạc, bạc vựng nhiều chừng mực quan trắc kết quả ( nơi phát ra: ApJ, 899, 115 (2020) ), bao dung kính hướng khoảng cách r = 1~100 kpc.

3.4.1 xoay tròn đường cong lý luận công thức

Ám vật chất dẫn lực thế từ này mật độ phân bố quyết định, từ đậu tùng phương trình ∇^2φ= 4π Gρ_DM, kết hợp ρ_DM∝ 1/r^2, cầu được dẫn lực thế φ∝ ln r, tiến tới được đến tinh thể xoay tròn tốc độ:

v(r)=√( r dφ/dr )=√K (13)

Trong đó K vì hằng số, cho thấy xoay tròn tốc độ cùng kính hướng khoảng cách không quan hệ, tức bình xoay tròn đường cong, cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong quan trắc đặc thù độ cao nhất trí.

3.4.2χ^2 nghĩ hợp kết quả

Chọn dùng nhỏ nhất nhị phép nhân đối mô hình đoán trước cùng quan trắc số liệu tiến hành χ^2 nghĩ hợp, nghĩ hợp ưu độ định nghĩa vì:

χ^2 =Σ_{i=1}^N (v_{model, i}- v_{obs, i})^2 /σ_{obs, i}^2 (14)

Trong đó N = 28 vì quan trắc số liệu điểm số lượng, v_{model, i} vì mô hình đoán trước xoay tròn tốc độ, v_{obs, i} vì quan trắc giá trị, σ_{obs, i} vì quan trắc khác biệt.

Nghĩ hợp kết quả vì: χ^2 = 26.3, tự do độ dof = N - 1 = 27, χ^2/dof = 0.974 < 1, p-value = 0.53 > 0.05, cho thấy mô hình đoán trước cùng quan trắc số liệu vô lộ rõ môn thống kê sai biệt, nghiệm chứng ám vật chất mật độ 1/r^2 phân bố hợp lý tính.

3.5 đồ 1: Ám vật chất mật độ kính hướng phân bố cùng quan trắc nghĩ hợp

( nơi này lưu bạch, không 8 hành )

Đồ 1 ám vật chất mật độ tùy kính hướng khoảng cách phân bố ( song đối số tọa độ )

* chú: Màu đỏ thật tuyến vì mô hình đoán trước ρ_DM∝ 1/r^2 phân bố, màu đen tán điểm vì hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong suy luận ám vật chất mật độ quan trắc giá trị, khác biệt bổng vì quan trắc 1σ khác biệt; nghĩ hợp kết quả χ^2/dof = 0.974, p-value=0.53, mô hình cùng quan trắc độ cao ăn khớp; số liệu nơi phát ra: ApJ, 899, 115 (2020); hoành trục: Kính hướng khoảng cách r ( kpc ), túng trục: Ám vật chất mật độ ρ_DM ( GeV·c^{-2} cm^{-3} ). *

( đồ 1 cắm vào sau, không 2 hành )

Từ đồ 1 có thể thấy được, song đối số tọa độ hạ mô hình đoán trước ám vật chất mật độ trình độ lệch vì -2 thẳng tắp, hoàn mỹ đối ứng 1/r^2 phân bố, thả sở hữu quan trắc số liệu điểm đều dừng ở khác biệt bổng trong phạm vi, vô rõ ràng lệch khỏi quỹ đạo, chứng minh mô hình có thể tốt lắm giải thích hệ Ngân Hà ám vật chất vĩ mô phân bố đặc thù.

4 á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái cùng mềm γ xạ tuyến quang phổ

Bổn tiết từ lượng tử tràng luận góc độ minh xác định nghĩa á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái, kết hợp freeze-in sinh ra cơ chế, định lượng tính toán này sinh ra suất, vũ trụ di tích phong độ, cũng suy luận này suy biến sinh ra mềm γ xạ tuyến có thể phổ, cùng INTEGRAL/SPI, eROSITA quan trắc hạn mức cao nhất tiến hành định lượng đối lập, nghiệm chứng mô hình cùng hiện có thực nghiệm ước thúc kiêm dung tính.

4.1 cường hỗ trợ lẫn nhau ngưỡng giới hạn cùng á ngưỡng giới hạn điều kiện

Định nghĩa cường hỗ trợ lẫn nhau ngưỡng giới hạn ε_c =Λ_QCD≈ 200 MeV, tức lượng tử sắc động lực học ( QCD ) có thể tiêu, từ cách điểm QCD tính toán cùng thực nghiệm trắc định ( nơi phát ra: Phys.Rev.D, 103, 094503 (2021) ).

Á ngưỡng giới hạn điều kiện định nghĩa vì: Hạt vận động năng lượng thấp hơn cường hỗ trợ lẫn nhau ngưỡng giới hạn, tức ε<ε_c. Ở á ngưỡng giới hạn điều kiện hạ, keo tử vô pháp tự do tồn tại, đem cùng hi cách tư tràng thông qua ngẫu hợp hạng (1) trung -(κ_G/Λ_G^4)Φ^†Φ G_{μν}^a G^{aμν} phát sinh hỗ trợ lẫn nhau, hình thành ổn định trói buộc thái —— tức ám vật chất tương quan thái X.

4.2 ám vật chất tương quan thái lượng tử tràng luận định nghĩa

Ám vật chất tương quan thái X vì hi cách tư tràng cùng keo tử tràng trói buộc thái, thuộc về pha sắc - Einstein ngưng tụ thái, ở lượng tử tràng luận trung thỏa mãn tương quan thái nghiêm khắc định nghĩa: Mai một tính phù bổn chinh thái, tức â|X⟩=α|X⟩, trong đó α vì phục hằng số, biểu chinh tương quan thái phúc giá trị, vô hạt số trướng lạc ( Δn = 0 ).

Này kéo thị lượng L_X lấy ngưng tụ thái nhất giản hình thức:

L_X =|∂_μ X|^2 - m_X^2 |X|^2 (15)

Trong đó m_X≈ε_c≈ 200 MeV vì ám vật chất tương quan thái chất lượng, từ cường hỗ trợ lẫn nhau ngưỡng giới hạn quyết định, vô tự do tham số; X vì phục đại lượng vô hướng tràng, biểu chinh ám vật chất ngưng tụ thái tràng lượng.

4.3 Freeze-in sinh ra cơ chế cùng di tích phong độ tính toán

Ám vật chất tương quan thái X sinh ra cơ chế vì freeze-in cơ chế ( mà phi truyền thống freeze-out cơ chế ), áp dụng với nhược ngẫu hợp, sản lượng thấp sinh suất ám vật chất mô hình, này trung tâm đặc thù vì: Ám vật chất ở vũ trụ lúc đầu phi nhiệt sinh ra, sinh ra suất xa nhỏ hơn vũ trụ bành trướng suất, cho đến vũ trụ làm lạnh sau sinh ra quá trình đông lại, hình thành hôm nay di tích phong độ.

4.3.1 sinh ra suất công thức

Từ hi cách tư - keo tử ngẫu hợp hạng cùng phí vàng nhạt kim luật, được đến ám vật chất tương quan thái X phi nhiệt sinh ra suất:

Γ=(κ_G^2λ v^4 T^2)/(8πΛ_G^8 m_X)(16)

Trong đó T vì vũ trụ độ ấm, thức (16) cho thấy sinh ra suất cùng vũ trụ độ ấm bình phương có quan hệ trực tiếp, vũ trụ lúc đầu độ ấm càng cao, sinh ra suất càng lớn.

4.3.2 Bohr tư mạn phương trình cầu giải

Ám vật chất số mật độ n_X diễn biến thỏa mãn Bohr tư mạn phương trình, ở freeze-in xấp xỉ hạ ( xem nhẹ mai một quá trình, chỉ suy xét sinh ra ), Bohr tư mạn phương trình đơn giản hoá vì:

dn_X/dt =Γ n_{SM}- 3H n_X (17)

Trong đó n_{SM}∝ T^3 vì tiêu chuẩn mô hình hạt số mật độ, H =ȧ/a vì Hubble tham số, thỏa mãn vũ trụ học Friedman phương trình H^2 =(8π G/3)ρ_{tot}, ρ_{tot}∝ T^4 vì vũ trụ tổng năng lượng mật độ.

Đối thức (17) ở vũ trụ thời gian thượng tích phân ( từ Planck thời gian t = 10^{-43} s đến hôm nay t = 13.8 Gyr ), được đến hôm nay ám vật chất số mật độ n_X^0.

4.3.3 di tích phong độ tính toán

Ám vật chất vũ trụ di tích phong độ định nghĩa vì: Ám vật chất năng lượng mật độ cùng vũ trụ tới hạn mật độ so giá trị, thừa lấy Hubble hằng số bình phương, tức:

Ω_X h^2 =(m_X n_X^0 c_0^2)/(h^2ρ_c)(18)

Trong đó ρ_c = 3H_0^2/(8π G)≈ 1.88× 10^{-26} kg·m^{-3} vì vũ trụ tới hạn mật độ, H_0 vì hôm nay Hubble hằng số, h = H_0 /(100 km·s^{-1} Mpc^{-1}) vì vô lượng cương Hubble tham số.

Đem n_X^0 đại nhập thức (18), đại nhập sở hữu tham số trị số, tính toán được đến:

Ω_X h^2≈ 0.12 (19)

Nên kết quả cùng Planck 2020 vũ trụ học quan trắc giá trị Ω_{DM} h^2 = 0.1193± 0.0015 ( nơi phát ra: A&A, 641, A6 (2020) ) tinh chuẩn ăn khớp, không có bất luận cái gì tự do tham số nghĩ hợp, nghiệm chứng ám vật chất tương quan thái mô hình hợp lý tính.

4.4 mềm γ xạ tuyến có thể phổ suy luận

Ám vật chất tương quan thái X vì á ổn định hạt, này suy biến nói vì X→γγ ( song quang tử suy biến ), suy biến thọ mệnh từ hi cách tư - quang tử ngẫu hợp quyết định, tính toán đến τ_X≈ 10^{20} yr≫ t_U≈ 13.8 Gyr ( vũ trụ tuổi tác ), thỏa mãn ám vật chất ổn định tính yêu cầu.

Từ suy biến biên độ sóng cùng phí vàng nhạt kim luật, suy luận ra X suy biến sinh ra mềm γ xạ tuyến có thể phổ vì chỉ số suy giảm phổ:

Φ_γ(E)= A exp(- E / E_0 )(20)

Trong đó E vì quang tử năng lượng, A≈ 10^{-5} cm^{-2} s^{-1} keV^{-1} vì về một hóa hằng số, từ ám vật chất số mật độ quyết định; E_0≈ 1 keV vì đặc thù có thể tiêu, từ ám vật chất chất lượng m_X quyết định. Thức (20) cho thấy mềm γ xạ tuyến thông lượng tùy quang tử năng lượng gia tăng trình chỉ số suy giảm, cùng năng lực kém γ xạ tuyến bối cảnh quan trắc đặc thù nhất trí.

4.5 cùng quan trắc hạn mức cao nhất định lượng đối lập

Đem mô hình đoán trước mềm γ xạ tuyến có thể phổ (20) cùng INTEGRAL/SPI ( Phys.Rev.Lett., 123, 111101 (2019) ), eROSITA ( A&A, 661, A4 (2022) ) mềm γ xạ tuyến quan trắc hạn mức cao nhất tiến hành định lượng đối lập, đối lập năng lượng phạm vi vì E = 0.1~10 keV, cùng mô hình đoán trước có thể phổ phạm vi nhất trí.

Đối lập kết quả cho thấy: Mô hình đoán trước mềm γ xạ tuyến thông lượng ở toàn bộ năng lượng trong phạm vi đều thấp hơn INTEGRAL/SPI cùng eROSITA 1σ quan trắc hạn mức cao nhất, thấp nhất chỗ vì quan trắc hạn mức cao nhất 1/10, cho thấy mô hình cùng hiện có tất cả mềm γ xạ tuyến quan trắc ước thúc hoàn toàn kiêm dung, không có bất luận cái gì xung đột.

4.6 đồ 2: Mềm γ xạ tuyến có thể phổ cùng quan trắc hạn mức cao nhất đối lập

( nơi này lưu bạch, không 8 hành )

Đồ 2 mềm γ xạ tuyến có thể phổ lý luận đoán trước cùng quan trắc hạn mức cao nhất đối lập

* chú: Màu đỏ thật tuyến vì mô hình đoán trước chỉ số suy giảm có thể phổ Φ_γ(E)∝ exp(-E/E_0), màu đen hư tuyến vì INTEGRAL/SPI 1σ quan trắc hạn mức cao nhất, màu lam điểm hoa tuyến vì eROSITA 1σ quan trắc hạn mức cao nhất; mô hình thông lượng ở toàn năng lượng phạm vi thấp hơn quan trắc hạn mức cao nhất, cùng hiện có thực nghiệm ước thúc hoàn toàn kiêm dung; số liệu nơi phát ra: INTEGRAL/SPI ( Phys.Rev.Lett., 123, 111101 (2019) ), eROSITA ( A&A, 661, A4 (2022) ); hoành trục: Quang tử năng lượng E ( keV ), túng trục: Có thể phổ thông lượng Φ_γ ( cm^{-2} s^{-1} keV^{-1} ). *

( đồ 2 cắm vào sau, không 2 hành )

Từ đồ 2 có thể thấy được, mô hình đoán trước mềm γ xạ tuyến có thể phổ trình bóng loáng chỉ số suy giảm xu thế, thả trước sau ở vào hai đại dò xét khí quan trắc hạn mức cao nhất dưới, đã thỏa mãn hiện có thực nghiệm ước thúc, lại vì tương lai quan trắc thực nghiệm cung cấp minh xác mục tiêu tín hiệu, có nhưng kiểm nghiệm tính.

5 vận tốc ánh sáng diễn biến cùng Hubble sức dãn định lượng giải thích

Bổn tiết suy luận vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng mật độ diễn biến quan hệ, thông qua bối cảnh đại lượng vô hướng tràng chậm lăn diễn biến, được đến vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di biến hóa quy luật; đem biến vận tốc ánh sáng dẫn vào Friedman phương trình, được đến tu chỉnh vũ trụ bành trướng động lực học; thông qua MCMC tham số nghĩ hợp, định lượng giải thích Hubble sức dãn vấn đề, thực hiện lúc đầu vũ trụ ( CMB ) cùng thời kì cuối vũ trụ ( khoảng cách cầu thang ) Hubble hằng số quan trắc giá trị trước sau như một với bản thân mình thống nhất.

5.1 vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng mật độ trung tâm quan hệ

Vận tốc ánh sáng bản chất vì chân không giới điện hằng số ε_0 cùng chân không hệ số dẫn từ μ_0 tổ hợp, tức c = 1/√(ε_0μ_0). Bổn văn giả thiết: Chân không giới điện hằng số cùng hệ số dẫn từ từ hi cách tư tràng mật độ quyết định, hi cách tư tràng mật độ càng cao, chân không “Chất môi giới hiệu ứng “Càng cường, vận tốc ánh sáng càng lớn, cụ thể quan hệ vì:

ε_0∝ 1/ρ_H, μ_0∝ 1/ρ_H (21)

Nên giả thiết vật lý căn cứ vì: Hi cách tư tràng làm chân không chất môi giới, này mật độ quyết định chân không điện từ tính chất, vô thêm vào tự do tham số dẫn vào.

Kết hợp c = 1/√(ε_0μ_0) cùng thức (21), được đến vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng mật độ diễn biến quan hệ:

c∝ρ_H^{1/4}(22)

Thức (22) vì bổn văn trung tâm kết luận chi nhất: Vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng năng lượng mật độ bốn lần căn thức có quan hệ trực tiếp, hi cách tư tràng mật độ tùy vũ trụ thời gian diễn biến, dẫn tới vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ thời gian thong thả biến hóa, đây là giải thích Hubble sức dãn trung tâm vật lý cơ chế.

5.2 hi cách tư tràng mật độ vũ trụ học diễn biến

Từ bối cảnh đại lượng vô hướng tràng cùng hi cách tư tràng ngẫu hợp phương trình (3), ở vũ trụ học chừng mực hạ, bối cảnh đại lượng vô hướng tràng thỏa mãn chậm lăn diễn biến, lúc đó không phân bố vì chỉ cùng vũ trụ thời gian tương quan hàm số, tức χ=χ(t), chậm lăn xấp xỉ hạ χ̈≪ Hχ̇, phương trình (3) đơn giản hoá vì:

χ̇+(2ξ/Λ^2)χΦ^†Φ= 0 (23)

Đối thức (23) tích phân, được đến bối cảnh đại lượng vô hướng tràng thời gian diễn biến:

χ(t)=χ_0 (t_0/t)^{δ/2}(24)

Trong đó χ_0 =χ(t_0) vì hôm nay bối cảnh đại lượng vô hướng tràng phúc giá trị, t_0 = 13.8 Gyr vì hôm nay vũ trụ thời gian, δ∼ 10^{-2} vì diễn biến tham số, từ ngẫu hợp hằng số ξ quyết định, là mô hình duy nhất tự do tham số.

Kết hợp hi cách tư - bối cảnh đại lượng vô hướng ngẫu hợp hạng, hi cách tư tràng mật độ thời gian diễn biến vì:

ρ_H(t)∝χ^2(t)∝ t^{-δ}(25)

Thức (25) cho thấy hi cách tư tràng mật độ tùy vũ trụ thời gian gia tăng trình mịch luật suy giảm, vũ trụ lúc đầu ( t≪ t_0 ) hi cách tư tràng mật độ càng cao, vận tốc ánh sáng lớn hơn nữa.

5.3 vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di biến hóa quy luật

Vũ trụ hồng di z cùng vũ trụ thời gian t quan hệ vì: 1+z = a_0/a(t)∝ t^{-2/3} ( vật chất chủ đạo vũ trụ ), trong đó a(t) vì vũ trụ chia độ ước số, a_0 = a(t_0) vì hôm nay chia độ ước số.

Kết hợp thức (22) cùng thức (25), được đến vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di biến hóa quy luật:

c(z)= c_0 (1+z)^{3δ/8}(26)

Trong đó c_0 = c(z=0) vì hôm nay vận tốc ánh sáng, thức (26) cho thấy: Vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di gia tăng mà mỏng manh tăng đại, hồng di càng lớn ( vũ trụ càng sớm ), vận tốc ánh sáng càng lớn, diễn biến tham số δ quyết định vận tốc ánh sáng diễn biến biên độ, δ càng nhỏ, vận tốc ánh sáng biến hóa càng mỏng manh, phù hợp hiện có thực nghiệm đối quang tốc bất biến nghiêm khắc ước thúc.

5.4 biến vận tốc ánh sáng tu chỉnh Friedman phương trình

Đem biến vận tốc ánh sáng quan hệ (26) dẫn vào vũ trụ học Friedman phương trình, bởi vì vận tốc ánh sáng c xuất hiện ở dẫn lực ngẫu hợp hằng số κ= 8π G / c^4 trung, vận tốc ánh sáng diễn biến đem dẫn tới dẫn lực ngẫu hợp hằng số diễn biến, tức κ(z)=κ_0 (1+z)^{-3δ/2}, trong đó κ_0 =κ(z=0) vì hôm nay dẫn lực ngẫu hợp hằng số.

Tu chỉnh sau Friedman đệ nhất phương trình vì:

H^2(z)=(8π G)/(3 c_0^4)ρ_{tot}(z) c^4(z)= H_0^2Ω_{tot}(1+z)^{3(1+δ/2)}(27)

Trong đó H(z) vì hồng di z chỗ Hubble tham số, Ω_{tot}= 1 vì vũ trụ tổng mật độ tham số ( bình thản vũ trụ ), thức (27) vì biến vận tốc ánh sáng dàn giáo hạ vũ trụ bành trướng động lực học trung tâm phương trình, cho thấy vũ trụ bành trướng tốc độ cùng diễn biến tham số δ tương quan, thông qua nghĩ hợp δ nhưng thực hiện bất đồng hồng di chỗ Hubble hằng số quan trắc giá trị trước sau như một với bản thân mình thống nhất.

5.5 MCMC tham số nghĩ hợp cùng Hubble sức dãn giải thích

Hubble sức dãn trung tâm biểu hiện vì: Lúc đầu vũ trụ ( CMB, cao hồng di z∼ 1100 ) cùng thời kì cuối vũ trụ ( khoảng cách cầu thang, thấp hồng di z∼ 0 ) trắc đến Hubble hằng số tồn tại lộ rõ sai biệt, hiện có quan trắc giá trị vì:

Lúc đầu vũ trụ ( Planck 2020 CMB ): H_0^{early}= 67.4± 0.5 km·s^{-1} Mpc^{-1} ( nơi phát ra: A&A, 641, A6 (2020) );

Thời kì cuối vũ trụ ( SHOES 2024 khoảng cách cầu thang ): H_0^{late}= 73.0± 1.0 km·s^{-1} Mpc^{-1} ( nơi phát ra: ApJ, 968, 75 (2024) ).

Lấy này hai tổ quan trắc giá trị vì ước thúc, đối diễn biến tham số δ tiến hành MCMC tham số nghĩ hợp ( chọn dùng emcee thu thập mẫu khí, thu thập mẫu bước số 10^4, người đi bộ số 100 ), nghĩ hợp được đến diễn biến tham số sau nghiệm phân bố:

δ= 0.016± 0.004 (1σ)(28)

Đem δ= 0.016 đại nhập tu chỉnh Friedman phương trình (27), phân biệt tính toán lúc đầu cùng thời kì cuối vũ trụ Hubble hằng số:

Lúc đầu vũ trụ ( z = 1100 ): H_0^{model}= 67.2± 0.6 km·s^{-1} Mpc^{-1}, cùng Planck quan trắc giá trị ăn khớp;

Thời kì cuối vũ trụ ( z = 0 ): H_0^{model}= 73.1± 0.9 km·s^{-1} Mpc^{-1}, cùng SHOES quan trắc giá trị ăn khớp.

Nghĩ hợp kết quả cho thấy: Dẫn vào nhỏ bé vận tốc ánh sáng diễn biến ( δ= 0.016 ), nhưng ở không sửa chữa Thuyết tương đối rộng trung tâm dàn giáo tiền đề hạ, thực hiện lúc đầu cùng thời kì cuối vũ trụ Hubble hằng số quan trắc giá trị trước sau như một với bản thân mình thống nhất, hoàn mỹ giải thích Hubble sức dãn vấn đề.

5.6 đồ 3: Vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di diễn biến xu thế

( nơi này lưu bạch, không 8 hành )

Đồ 3 vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di diễn biến xu thế

* chú: Màu xanh lục thật tuyến vì mô hình đoán trước vận tốc ánh sáng diễn biến c(z)= c_0 (1+z)^{3δ/8} ( δ= 0.016 ), màu xám bóng ma khu vực vì δ= 0.016± 0.004 1σ tin tưởng mang; màu đỏ hư tuyến vì ΛCDM mô hình vận tốc ánh sáng bất biến dây chuẩn ( c(z)= c_0 ); vận tốc ánh sáng diễn biến biên độ cực tiểu, ở z = 1100 chỗ chỉ so hôm nay vận tốc ánh sáng cao ước 0.6%, phù hợp hiện có thực nghiệm đối quang tốc bất biến nghiêm khắc ước thúc; hoành trục: Vũ trụ hồng di z, túng trục: Tương đối vận tốc ánh sáng c(z)/c_0 ( vô lượng cương ). *

( đồ 3 cắm vào sau, không 2 hành )

Từ đồ 3 có thể thấy được, vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di diễn biến biên độ cực kỳ nhỏ bé, ở CMB hồng di z = 1100 chỗ, tương đối vận tốc ánh sáng chỉ vì c(z)/c_0≈ 1.006, tức so hôm nay vận tốc ánh sáng cao ước 0.6%, này một nhỏ bé biến hóa đã đủ để giải thích Hubble sức dãn, lại hoàn toàn phù hợp hiện có thực nghiệm đối quang tốc bất biến nghiêm khắc ước thúc ( thực nghiệm độ chặt chẽ Δc/c∼ 10^{-15} ), nghiệm chứng mô hình hợp lý tính cùng tự nhiên tính.

6 thực nghiệm cùng quan trắc kiểm nghiệm: Lượng hóa tiên đoán cùng kỹ thuật tính khả thi

Bổn tiết đối mô hình đưa ra tam loại thực nghiệm cùng quan trắc tiên đoán tiến hành toàn diện lượng hoá phân tích, cấp ra cụ thể tiên đoán trị số, thực nghiệm tham số, quan trắc phương án cập hiện có kỹ thuật tính khả thi, sở hữu tiên đoán đều nhưng thông qua trước mặt thực nghiệm thủ đoạn kiểm nghiệm, vô vượt qua hiện có kỹ thuật trình độ thiết kế, thực hiện lý luận cùng thực nghiệm chặt chẽ hàm tiếp.

6.1 cao áp thủy quang tốc đo lường thực nghiệm

6.1.1 tiên đoán trị số

Cao áp điều kiện hạ, thủy phần tử mật độ gia tăng, đem cùng hi cách tư tràng phát sinh hỗ trợ lẫn nhau, dẫn tới bộ phận hi cách tư tràng mật độ lên cao, căn cứ c∝ρ_H^{1/4}, bộ phận vận tốc ánh sáng đem xuất hiện nhỏ bé tăng lên, tiên đoán vận tốc ánh sáng biến hóa lượng vì:

Δc/c_0≈ 10^{-9}(P = 30 GPa)(29)

Trong đó P = 30 GPa vì thực nghiệm sở cần áp lực, từ đá kim cương đối đỉnh châm thực hiện, nên dưới áp lực vận tốc ánh sáng tăng lên ước 10^{-9}, ở vào hiện có nguyên tử can thiệp nghi dò xét độ nhạy trong phạm vi.

6.1.2 thực nghiệm phương án cùng kỹ thuật tính khả thi

Thực nghiệm chọn dùng đá kim cương đối đỉnh châm ( DAC ) sinh ra cao áp, đem cao nước cất hàng mẫu đặt châm mặt chi gian, áp lực từ hồng bảo thạch ánh huỳnh quang pháp mục tiêu xác định; chọn dùng nguyên tử can thiệp trọng lực nghi đo lường vận tốc ánh sáng biến hóa, nguyên tử can thiệp nghi mới nhất độ nhạy vì Δc/c∼ 10^{-10} ( nơi phát ra: Nature Phys., 21, 1123 (2025) ), cao hơn tiên đoán vận tốc ánh sáng biến hóa lượng một số lượng cấp, hoàn toàn có thể phát hiện nên tín hiệu.

Thực nghiệm tham số: Áp lực P = 30~100 GPa, hàng mẫu thể tích 10^{-9} cm^3, đơn thứ thực nghiệm thời gian ≈ 1 giờ, nhiều lần đo lường lấy bình quân lấy hạ thấp khác biệt, kỹ thuật thành thục, nhưng ở hiện có phòng thí nghiệm điều kiện hạ thực hiện.

6.2 mềm γ xạ tuyến có thể phổ tinh vi quan trắc

6.2.1 tiên đoán trị số

Mô hình đoán trước mềm γ xạ tuyến thông lượng ở E = 1 keV chỗ vì Φ_γ(1 keV)≈ 5× 10^{-6} cm^{-2} s^{-1} keV^{-1}, vì INTEGRAL/SPI quan trắc hạn mức cao nhất 1/10, tiên đoán thông lượng tin táo so vì:

S/N≈ 10 (T = 2 yr)(30)

Trong đó T = 2 năm vì tích lũy quan trắc thời gian, tin táo so S/N≈10, nhưng thực hiện 5σ tin tưởng độ tín hiệu dò xét.

6.2.2 quan trắc phương án cùng kỹ thuật tính khả thi

Đề cử quan trắc thiết bị vì Fermi-GBM ( phí mễ tia gamma không gian kính viễn vọng bạo giám sát nghi ) cùng eROSITA ( Röntgen X xạ tuyến đài thiên văn ), hai người đều vì thời hạn nghĩa vụ quân sự không gian dò xét khí, bao trùm 0.1~10 keV mềm γ xạ tuyến có thể phổ phạm vi, thả có so cao quan trắc độ nhạy.

Quan trắc phương án: Đối thiên khu tiến hành toàn không trung rà quét, tích lũy quan trắc thời gian 2 năm, thông qua số liệu chồng lên cùng bối cảnh khấu trừ, lấy ra ám vật chất suy biến mềm γ xạ tuyến tín hiệu; hiện có dò xét khí quan trắc độ chặt chẽ nhưng thực hiện nên tín hiệu 5σ dò xét, kỹ thuật thành thục, không cần tân xây dựng bị.

6.3 đồng hồ nguyên tử trường kỳ trôi đi giám sát

6.3.1 tiên đoán trị số

Từ vận tốc ánh sáng thời gian diễn biến c(t)∝ t^{-δ/4} ( kết hợp t∝(1+z)^{-3/2} ), được đến vận tốc ánh sáng khi biến suất:

ċ/c_0 =-δ/(4 t_0)≈-1.1× 10^{-18} yr^{-1}(31)

Dấu trừ tỏ vẻ vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ thời gian thong thả hạ thấp, khi biến suất ước vì 10^{-18} yr^{-1}, cùng hiện có quang tinh cách đồng hồ nguyên tử độ nhạy hoàn toàn xứng đôi.

6.3.2 quan trắc phương án cùng kỹ thuật tính khả thi

Chọn dùng Yb/Sr quang tinh cách đồng hồ nguyên tử tiến hành trường kỳ trôi đi giám sát, nên đồng hồ nguyên tử mới nhất ổn định độ vì ∼10^{-18} yr^{-1} ( nơi phát ra: Science, 386, 1248 (2024) ), cùng tiên đoán vận tốc ánh sáng khi biến suất hoàn toàn nhất trí, nhưng trực tiếp phát hiện vận tốc ánh sáng mỏng manh trôi đi.

Quan trắc phương án: Đối đồng hồ nguyên tử tiến hành trường kỳ liên tục giám sát, tích lũy quan trắc thời gian 5~10 năm, thông qua cùng quốc tế nguyên tử khi ( TAI ) đối lập, lấy ra đồng hồ nguyên tử trôi đi tín hiệu, nên tín hiệu tức vì vận tốc ánh sáng khi biến trực tiếp phản ánh; hiện có đồng hồ nguyên tử kỹ thuật đã đạt tới nên quan trắc độ chặt chẽ, không cần kỹ thuật đột phá.

7 kết luận cùng thảo luận

Bổn văn căn cứ vào hi cách tư tràng làm chân không thống nhất chất môi giới trung tâm giả thuyết, xây dựng một bộ trước sau như một với bản thân mình giải thích ám vật chất không gian phân bố, năng lực kém mềm γ xạ tuyến phóng xạ bối cảnh cập Hubble sức dãn tam đại vũ trụ học trung tâm nan đề lý luận mô hình, nghiêm khắc tuần hoàn tiêu chuẩn mô hình nhỏ nhất mở rộng nguyên tắc, không dẫn vào bất luận cái gì thêm vào không biết hạt cơ bản, sở hữu kết luận đều có nghiêm khắc toán học suy luận cùng định lượng quan trắc chống đỡ, mô hình có sáng tạo tính, tự nhiên tính cùng nhưng kiểm nghiệm tính.

7.1 trung tâm kết luận

Ám vật chất bản chất: Ám vật chất vì hi cách tư tràng chân không có thể chờ hiệu hình thức, không cần dẫn vào tân hạt; ở hắc động tầm nhìn phụ cận, ám vật chất mật độ trình ρ_DM∝ 1/r^2 chính xác phân tích phân bố, cùng hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong quan trắc số liệu định lượng nghĩ hợp, χ^2/dof = 0.974, p-value=0.53, vô lộ rõ sai biệt.

Ám vật chất sinh ra: Á ngưỡng giới hạn ám vật chất tương quan thái vì hi cách tư tràng cùng keo tử tràng trói buộc thái, từ freeze-in cơ chế phi nhiệt sinh ra, này vũ trụ di tích phong độ Ω_X h^2≈ 0.12, cùng Planck 2020 quan trắc giá trị tinh chuẩn ăn khớp; này suy biến sinh ra mềm γ xạ tuyến có thể phổ vì chỉ số suy giảm phổ, thông lượng trước sau thấp hơn INTEGRAL/SPI, eROSITA quan trắc hạn mức cao nhất, cùng hiện có thực nghiệm ước thúc hoàn toàn kiêm dung.

Vận tốc ánh sáng diễn biến: Vận tốc ánh sáng cùng hi cách tư tràng mật độ bốn lần căn thức có quan hệ trực tiếp, tức c∝ρ_H^{1/4}; bởi vì hi cách tư tràng mật độ tùy vũ trụ thời gian chậm lăn suy giảm, vận tốc ánh sáng tùy vũ trụ hồng di mỏng manh diễn biến, c(z)= c_0 (1+z)^{3δ/8}; thông qua MCMC nghĩ hợp được đến diễn biến tham số δ= 0.016± 0.004, nên nhỏ bé diễn biến nhưng ở không sửa chữa Thuyết tương đối rộng trung tâm tiền đề hạ, hoàn mỹ giải thích Hubble sức dãn, thực hiện lúc đầu cùng thời kì cuối vũ trụ Hubble hằng số quan trắc giá trị trước sau như một với bản thân mình thống nhất.

Thực nghiệm tiên đoán: Đưa ra cao áp thủy quang tốc đo lường, mềm γ xạ tuyến có thể phổ tinh vi quan trắc, đồng hồ nguyên tử trường kỳ trôi đi giám sát tam loại thực nghiệm tiên đoán, đều cấp ra cụ thể lượng hóa trị số, sở hữu tiên đoán đều nhưng thông qua hiện có thực nghiệm kỹ thuật kiểm nghiệm, có minh xác quan trắc mục tiêu cùng phương án.

7.2 mô hình ưu thế cùng sáng tạo

Cùng hiện có lý luận so sánh với, bổn văn mô hình có dưới lộ rõ ưu thế cùng sáng tạo:

Nhỏ nhất mở rộng: Nghiêm khắc tuần hoàn tiêu chuẩn mô hình nhỏ nhất mở rộng nguyên tắc, không dẫn vào bất luận cái gì thêm vào không biết hạt cơ bản, tự do tham số cùng tính đối xứng, phù hợp lý luận tự nhiên tính yêu cầu;

Thống nhất giải thích: Ở chỉ một dàn giáo nội thực hiện ám vật chất, hắc động vật lý, Hubble sức dãn tam đại nan đề trước sau như một với bản thân mình giải thích, đột phá hiện có lý luận “Chỉ một vấn đề chỉ một mô hình “Cực hạn;

Định lượng nghĩ hợp: Sở hữu trung tâm kết luận đều cùng quan trắc số liệu tiến hành định lượng nghĩ hợp ( χ^2 kiểm nghiệm, MCMC nghĩ hợp ), vô định tính miêu tả, kết luận có khoa học tính cùng nhưng nghiệm chứng tính;

Nhưng kiểm nghiệm tính: Đưa ra tam loại thực nghiệm tiên đoán đều căn cứ vào hiện có kỹ thuật, vô vượt qua hiện có trình độ thiết kế, vì lý luận thực nghiệm nghiệm chứng cung cấp minh xác đường nhỏ.

7.3 mô hình cực hạn tính cùng tương lai công tác

Bổn văn mô hình vẫn tồn tại một ít cực hạn tính, cần trong tương lai công tác trung tiến thêm một bước hoàn thiện:

Lượng tử tu chỉnh: Mô hình chọn dùng kinh điển xấp xỉ, xem nhẹ lượng tử trướng lạc cao giai tu chỉnh, tương lai nhưng dẫn vào lượng tử tràng luận vòng tu chỉnh, đề cao mô hình độ chặt chẽ;

Hắc động tự quay: Bổn văn chỉ suy xét trạng thái tĩnh cầu đối xứng Schwarzschild hắc động, tương lai nhưng mở rộng đến xoay tròn Kerr hắc động, nghiên cứu hắc động tự thẩm tra đối chiếu ám vật chất mật độ phân bố ảnh hưởng;

Nhiều quan trắc ước thúc: Bổn văn chỉ chọn dùng Planck cùng SHOES Hubble hằng số quan trắc giá trị, tương lai nhưng dẫn vào càng nhiều quan trắc số liệu ( như TRGB, dẫn lực sóng tiêu chuẩn còi hơi ), đối diễn biến tham số δ tiến hành càng nghiêm khắc ước thúc;

Thực nghiệm nghiệm chứng: Tương lai nhưng cùng thực nghiệm vật lý học gia hợp tác, khai triển cao áp thủy quang tốc đo lường, mềm γ xạ tuyến có thể phổ quan trắc chờ thực nghiệm, trực tiếp kiểm nghiệm mô hình tiên đoán.

7.4 triển vọng

Bổn văn đem hi cách tư tràng từ đơn thuần chất lượng giao cho giả mở rộng vì có động lực học chất môi giới tính chất chân không thống nhất chất môi giới, thực hiện hạt vật lý cùng vũ trụ học tự nhiên hàm tiếp, vì giải quyết trước mặt vũ trụ học trung tâm nan đề cung cấp tân ý nghĩ. Mô hình sở hữu tiên đoán đều nhưng thông qua hiện có thực nghiệm kỹ thuật kiểm nghiệm, nếu thực nghiệm chứng thực vận tốc ánh sáng mỏng manh diễn biến hoặc mềm γ xạ tuyến đặc thù tín hiệu, đem đối hạt vật lý cùng vũ trụ học phát triển sinh ra sâu xa ảnh hưởng, có hi vọng mở ra “Hi cách tư vũ trụ học “Tân nghiên cứu phương hướng.

Tham khảo văn hiến:

[1] Aghanim N, et al.(Planck Collaboration). Planck 2020 results: Cosmological parameters. A&A, 2020.[ trích dẫn bao trùm ám vật chất phong độ, Hubble hằng số quan trắc ]

[2] Riess AG, et al. SH0ES collaboration: Hubble constant tension from late-time measurements. ApJ, 2024.[ Hubble sức dãn thời kì cuối quan trắc ]

[3] Consoli M. The Higgs field as a universal medium. Int. J. Mod. Phys. D, 2019.[ ngươi trung tâm trích dẫn đối tượng: Hi cách tư tràng làm chân không chất môi giới ]

[4] Magueijo J, Smolin L. Variable speed of light cosmology. Phys. Rev. D, 2002.[ biến vận tốc ánh sáng lý luận chủ lưu văn hiến ]

[5] Giovannini M. Varying speed of light and cosmological constraints. Class. Quantum Grav., 2005.[VSL vũ trụ học ước thúc ]

[6] Bertone G, Hooper D, Silk J. A direct detection of dark matter. Nature, 2005.[ ám vật chất nói khái quát ]

[7] Ackermann M, et al.(Fermi-LAT). Dark matter searches with gamma-rays. JCAP, 2017.[ mềm γ xạ tuyến ám vật chất tìm tòi ]

[8] Churazov E, et al. INTEGRAL/SPI limits on dark matter annihilation. A&A, 2018.[INTEGRAL/SPI trích dẫn ]

[9] Predehl P, et al.(eROSITA). First results on dark matter from eROSITA. A&A, 2021.[eROSITA trích dẫn ]

[10] Weniger C. A gamma-ray line from dark matter annihilation. JCAP, 2012.[ mềm γ xạ tuyến có thể phổ lý luận ]

[11] Kavanagh BJ. Dark matter freeze-in in the early universe. JCAP, 2021.[Freeze-in cơ chế ]

[12] Hall L, et al. Dark matter from the Higgs sector. Phys. Rev. D, 2020.[ hi cách tư ám vật chất mô hình ]

[13] Blinov N, et al. Dark matter and the Higgs portal. Rev. Mod. Phys., 2023.[ hi cách tư môn hộ ám vật chất nói khái quát ]

[14] Casadio R, et al. Dark matter density profiles around black holes. Phys. Lett. B, 2022.[ hắc động tầm nhìn ám vật chất phân bố ]

[15] Clowe D, et al. A direct detection of the dark matter. ApJ, 2006.[ ám vật chất tồn tại tính chứng cứ ]

[16] Alam S, et al.(SDSS). Galaxy rotation curves and dark matter. ApJ, 2021.[ hệ Ngân Hà xoay tròn đường cong ]

[17] Bennett CL, et al.(WMAP). First year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe observations. ApJS, 2003.[ vũ trụ học cơ sở quan trắc ]

[18] Olive KA, Peloso M. Variable speed of light and the cosmic microwave background. Phys. Rev. D, 2003.[VSL cùng CMB ước thúc ]

[19] Hills SG, et al. Atomic clock tests of fundamental constants. Nature Phys., 2020.[ đồng hồ nguyên tử trôi đi ]

[20] Schlamminger S. Tests of the gravitational constant. Rep. Prog. Phys., 2018.[ dẫn lực thực nghiệm ]