أزواج الكون ضد المادة المظلمة، المادة المظلمة، الطاقة المظلمة والثابت الكوني
- عصر الإشعاع..
الفكرة هي أن ما يُسمى بالثوابت الفيزيائية تصرفت كثوابت مطلقة خلال عصر المادة، ولكنها تغيرت بشكل كبير خلال العصر الإشعاعي. قد يبدو هذا أمرًا اصطناعيًا للغاية، ولكن هذه الفكرة قد تحل مشكلة تجانس الكون المبكر، كما أشار إليه عدة مؤلفين مؤخرًا، مثل ماغيjo (1999)، على الرغم من أن المؤلف اكتشفها قبل 13 عامًا، في نهاية الثمانينيات ([44],[45], [46]) وطورها لاحقًا ( [4] و[47] ). أولاً، لاحظ أن اختيار مؤشر الزمن t ما زال عشوائيًا. إنه لا شيء سوى "الطريقة التي نعتقد أن الأشياء حدثت بها". الزمن المطلق لا معنى له في علم الكون. لا يوجد أي ظاهرة "توجد حقًا" إذا لم يكن هناك مراقب في الكون ليراه، لمقارنة سلسلة من الأحداث بتدفقه الزمني الخاص. في الوقت الحالي، كل شيء مقارن بالزمن الذي يعيش به المراقب، بطريقة يعيش بها. لكن الماضي والمستقبل يعتمد على الطريقة التي يتصورها، لأنه لا يمكنه السفر إلى الماضي أو المستقبل. الماضي والمستقبل ليسا شيئًا آخر سوى الصور التي نشكلها. سنقول إن هذه الصور صحيحة إذا كانت تتوافق مع ظواهر محلية معينة، نسميه "الملاحظات"، "القياسات". ناقش "ثوابت الفيزياء". تم اكتشافها منذ فترة قصيرة. إنها سرعة الضوء c، الثابت الجذبي G، الثابت الكمومي h، كتل الجسيمات، الشحنة الكهربائية الأساسية e، ثابت العزل الكهربائي للفراغ ε₀، وغيرها. القياسات التي تم إجراؤها في المختبر لا تظهر أي تغيرات كبيرة. حاول الناس دراسة تأثير تغير هذه الثوابت على ظواهر كونية متنوعة على مدار فترات طويلة. ولكنهم غيروا هذه الثوابت واحدة تلو الأخرى بشكل مستقل. في هذه الظروف، يمكن إظهار أن أي تغير طفيف في ثابت منفرد ينتج تناقضات مع البيانات الملاحظة. ولكن ماذا عن التغيرات المتزامنة؟ بشكل مفاجئ، يمكننا التفكير في تغير متزامن لكل الثوابت، والتي لا يمكن اكتشافها في المختبر، لأن أدوات المختبر مبنية وفقًا للمعادلات الأساسية للفيزياء. إذا كان هذا عملية المقياس تبقي هذه المعادلات ثابتة، فلن يكون من الممكن اكتشاف تغير أي ثابت، لأن الأدوات والثوابت التي من المفترض أنها تقيسها تمر بانحرافات متوازية. تخيل أنك تريد قياس طول طاولة من الحديد، باستخدام مسطرة من الحديد. كلاهما في درجة حرارة الغرفة. إذا وُجد أن طول الطاولة ثابتًا مع الوقت، لا يمكنك أن تؤكد أن هذا الطول لا يتغير، لأن هذه الطاولة ومسطرتك المُرَصَّدة قد تمر بتغير في درجة حرارة الغرفة وتتوسع بنفس الطريقة. لذلك دعنا نبحث عن مثل هذا العملية الأساسية للمقياس. ناقش مثلاً معادلة المجال، حيث تظهر ثابت أينشتاين. نفترض أن انحدار هذه المعادلة صفر، وهو ما يتوافق مع حفظ المادة والطاقة في التقريب نيوتن. إذا لم يكن كذلك، يجب أن ندخل مصادر. وفقًا لهذه الفرضية، يجب أن يكون ثابت أينشتاين c ثابتًا مطلقًا. هل يعني ذلك أن G و c يجب أن يكونا ثوابت مطلقة؟ بالتأكيد لا. يعني فقط أن:
كما تم تقديمها لأول مرة في عام 1988، نفترض أن جميع أشكال الطاقة محفوظة، ولكن ليس الكتل، والشحنة الكهربائية، إلخ. وهذا يعطي، على سبيل المثال:
في الفيزياء، يعرف جميع الطلاب التقنية التي تسمى التحليل الأبعاد. مع وضع مشكلة فيزيائية تُحكمها معادلة، أو مجموعة من المعادلات، ننتج أطوالًا مميزة، وأزمنة، وأرقامًا مكونة من الثوابت والبيانات التجريبية. الآن، نعتبر أن كل ما موجود في المعادلة يمكن أن يتغير، بما في ذلك "الثوابت". نضع كل شيء في شكل بدون أبعاد. خذ مثالًا معادلة بولتزمان:
نقدم مقياس طول مميز R ومقياس زمن مميز T:
تصبح المعادلة:
نرى أن طول شوارزشيلد يختلف مثل عامل المقياس R. لملخص، نحصل على:
نرى أن طول جينز Lj يختلف مثل R، بينما يختلف زمن جينز tj مثل T. R و T مرتبطان بعلاقة تشبه نموذج فريدمان. ولكن إذا نظرنا بعناية أكبر واعتبرناها علاقة مقياس، فهذا يعني أن قوانين كيبلر أيضًا ثابتة:
بالمناسبة، من خلال إدخال الضغوط (ككثافات طاقة)، نحصل على تغيرات المقياس لهذه المعايير ونرى أن الطاقات اللاحقة محفوظة (في هذا النموذج، جميع أشكال الطاقة محفوظة خلال العصر الإشعاعي). وبالتالي حددنا الطريقة التي تتغير بها سرعة الضوء c وفقًا للكثافة الطاقية عندما يهيمن الإشعاع.
الآن، ناقش معادلة شرودنجر:
أدخل تعبيرًا بدون أبعاد للجهد وحوّل هذه المعادلة:
بالتالي، تبقى الطاقة غير متغيرة من خلال هذه العملية. ثابت بلانك h يزداد مع T، كما توقعت لأول مرة من قبل ميلن [48]. الأطوال المميزة:
تتغير مثل عامل المقياس المكاني R، بينما يختلف زمن بلانك tp مثل عامل المقياس الزمني T. من منظور هذه الوصف، تُعتبر التطور خلال العصر الإشعاعي عملية مقياس. هذا يجعل "الحاجز بلانك" مثيرًا للجدل. هل يملك العصر "الكمي المبكر" معنى حقيقي؟ الآن، لنتخذ نهاية، يجب أن نتعامل مع معادلات ماكسويل.
استمر في إجراء هذا النوع من "التحليل الأبعاد العام". نحصل على:
للحفاظ على بنية الذرات خلال عملية التطور، نفترض أن ثابت البنية الدقيقة هو ثابت مطلق، مما يعطي الحل الكامل:
نحصل بسهولة على:
كما نرى، خلال العصر الإشعاعي، إذا تم تحديد التطور الكوني كعملية مقياس، فإن جميع الأطوال المميزة تختلف مثل R (أعلاه، نصف قطر بور)، جميع الأزمنة المميزة تختلف مثل T، وكل الطاقات ثابتة.
كل الثوابت، والمقاييس المكانية والزمنية مشاركة في هذه العملية المقياس، والتي يمكن وصفها بأخذ أي واحدة منها. يمكننا أخذ T كمؤشر زمني t.
ثم، تغير الثوابت خلال العصر الإشعاعي حسب الضغط الإشعاعي pr:
إذا افترضنا أن قيم الثوابت تعتمد على الضغط الإشعاعي، بإدخال قيمة حرجة pcr، لتحديد، يمكننا كتابة:
Go، mo، ho، co، ε₀ تتوافق مع القيم الحالية. نفترض أن هذه الظروف الحرجة تحققت لقيمة t = tcr من المؤشر الزمني المختار.
وهو ما يتوافق مع الشكل 16.
الشكل. 16: تغير الثوابت خلال العصر الإشعاعي.
t >> tcr يتوافق مع عصر المادة
- تجانس الكون.
يحتاج أي نموذج إلى تأكيد ملاحظي. الشكل 17، اليسار، مفارقة التجانس الكونية المبكرة. "الشرح الكلاسيكي": "نظرية التوسع"، التي تتطلب افتراضات ثقيلة. اليوم، يبدأ بعض الناس في التفكير في نموذج ثوابت متغيرة، بما في ذلك تغير دائم لـ c. يسمونه "VLS": "سرعة الضوء المتغيرة". في الواقع، قمت بتطوير هذه الفكرة في عام 1988 [44]. مع التغير الزمني المقترح لـ c، الذي مع القسم السابق يجعل الحدود تختلف مثل R(t)، مما يضمن التجانس في أي وقت.
الشكل. 17: **الحدود، وفقًا للنموذج القياسي والنموذج الحالي. **
- عندما يفشل الظرف "قبل".
كما ذكر أعلاه، يتوافق مؤشر الزمن مع خيار عشوائي. لا يملك أي معنى داخلي. في النموذج القياسي، إذا قمنا بتحليل الماضي البعيد للكون، تزداد درجة الحرارة وتتجه سرعة العناصر نحو c. تصبح جميع الجسيمات نسبية، مما يثير سؤالًا: "كيف نبني ساعة، من أي مادة؟". عندما ننظر إلى ساعة، ماذا ننظر إليه؟ دوران إبرة. دورة واحدة تتوافق مع دقيقة، أو ساعة. دورة الأرض حول الشمس تتوافق مع سنة. ما كان اسمه، هذه الدورة 360 درجة لها معنى فيزيائي حقيقي. إنها حدث لا ينكر. بشكل مشابه، يمكننا اعتبار نظام مرجع مكون من ماسستين m تدور حول مركز جاذبي مشترك. يمكننا تسمية ذلك "ساعة أساسية". في غاز في حالة توازن حراري، يتم توزيع الطاقة المتاحة بين الطاقة الترددية، الطاقة الدورانية، الطاقة الاهتزازية. زوج من الجسيمات تدور حول مركز جاذبي مشترك ممكن إذا كانت طاقة النظام مماثلة لطاقة الجسيمات الحرة التي تمر حولها. في نظام ثوابت متغيرة، هذا ممكن. ثم يمكننا عد عدد الدورات، باستخدام مؤشر الزمن t، الذي لا يملك معنى حقيقي: إنه مجرد مؤشر زمني.
الشكل.18: الساعة الأساسية.
ما معنى ذلك؟ وفقًا لوصف الكون هذا، حدث عدد لا نهائي من "الأحداث الأساسية" في الماضي. إذا كانت هذه الساعة تتوافق مع قياس الوقت، فإن الماضي لا نهاية له، ومؤشر الزمن t ليس أكثر من خيال. دعنا نقدم صورة. افترض أنك تزور ناشرًا وقلت: "أريد نشر كتاب بسمك اثنين بوصة". يعتمد ذلك على عرض الصفحات. يمكنك خداع الناشر إذا استخدمت صفحات عرضها يتجه نحو الصفر أثناء محاولة قراءة "الصفحات الأولى". على الرغم من أن العرض الكلي للكتاب يبدو منتهيًا، فإنه يروي قصة لا نهائية. السؤال الجيد الذي يجب أن يسأله الناشر هو: "كم عدد الأنواع في كتابك، كم عدد الجمل، الكلمات، الحروف؟". يمكن مقارنة حرف من كتابك بـ "حدث أساسي". مثل كتابك، المسمى "تاريخ الكون"، يمتد نحو الماضي، ويظهر عددًا لا نهائيًا من "الأحداث الأساسية"، فإنه لا يملك بداية، ولا يمكنك أبدًا قراءة مقدمة الكاتب. من ناحية أخرى، كما أظهر في المراجع [4]، عدد دورات ساعةنا الأساسية يتوافق مع الإنتروبيا لكل باريون. Log t يُسمى أيضًا "الزمن المطابق". في الواقع، إذا تم اختياره كمؤشر زمني جديد، تصبح المترية مطابقة:
في القسم السابق، وجدنا أن زمن بلانك يتغير مثل مؤشر الزمن t. ماذا يعني ذلك؟ لا أملك الإجابة. على أي حال، لا يحل هذا النموذج جميع المشاكل. لم نتناول التفاعلات القوية والضعيفة. إنها مجرد نظرة مختلفة على ما نسميه "الزمن".
- الانهيارات الجاذبة المشتركة.
في القسم 3، قدمنا نموذجًا لغابة مغلقة ببيئتها من المادة المزدوجة المثيرة. كان هذا العمل شبه تجريبي. في هذا القسم، نقدم حلًا دقيقًا بتماثل كروي. إذا بدأنا من المعادلات المترابطة للمجال، نفترض أنها لا تتجه
من هذه المعادلات، يمكن استنتاج معادلة أويلر. الطريقة تمامًا مماثلة لتلك التي تم تطبيقها على معادلة أينشتاين.
مرتبطة بمعادلة بويسون:
طريقة الاضطراب الكلاسيكية تقدم معادلتين مترابطتين من نوع جينز، Lj و Lj كأطوال جينز مميزة.
حل ثابت بتماثل كروي، مع شروط أولية:
في الشكل 19، الحل العددي النموذجي.
الشكل. 19 **: الانهيارات الجاذبة المشتركة. **تشكيل كتلة مادة محيطة ببيئة مادة مزدوجة مثيرة.
**ملاحظة ( 2007، 23 مايو ) : **
مظهر الأعمدة العامة يعتمد على الشروط الأولية. الشروط المختارة عشوائية وتتوافق مع كثافات كتلة متساوية وسرعات حرارية متساوية في كلا الطبقتين. ومع ذلك، نجد خاصية مثيرة للاهتمام. في الشكل 19 بيس، يمكننا رسم اتجاه المجال الجاذب:
** **** **** **** **** **** **
** الشكل 19 بيس: تأثير "الهالو المظلم" **
يحفز المجال الجاذب تأثير العدسة الجاذبة. وهذا الأخير هو قياس المجال الجاذب، بغض النظر عن مصدر هذا المجال. في نظريتنا، المادة العادية، المادة من "طية"نا، تساهم بدورها. وتعطي المادة المزدوجة أيضًا مساهمتها (وهي تتفاعل كمادّة ذات كتلة سالبة).
إذا اخترنا اعتبار أن تأثيرات العدسة القوية المُلاحظة ناتجة عن "مادّة مظلمة" غامضة، فباستخدام المجال الجاذب وتوزيع المادة المرئية يمكننا حساب توزيع هذه المادّة المظلمة، إذا كانت موجودة فعلاً. في الشكل 19bis نلاحظ عكس اتجاه المجال الجاذب، وهو يصاحبه تغير مرتبط في العدسة الجاذبة المحلية. وفقًا للنموذج الذي يجمع بين المادة والمادّة المظلمة، يمكننا حساب توزيع المادّة المظلمة الذي سيُنتج تأثيرات العدسة المقابلة. وعند النظر إلى الشكل في الأعلى من الشكل 19bis، نستنتج أن هذا العقدة محيطة بطبقة فارغة من المادّة المظلمة. والصورة في الأسفل تشير إلى هذا الاستنتاج.
كما نعرف، اكتشفت مركبة هابل الفضائية مؤخرًا "غلافًا من المادّة المظلمة". انظر الشكل التالي.
** **** **
** الشكل 19 تير: "غلاف المادّة المظلمة" الذي اكتشفته مركبة هابل الفضائية في عام 2007، كما "استنتج من الحسابات". **
من المثير للدهشة أن هذا الغلاف مركز على العقدة المجرية المرئية. نعتقد أنه لا يتوافق مع هيكل مسطح، بل مع هيكل متماثل كرويًا. *نتنبأ بأن هياكل مشابهة ستُكتشف قريبًا. في أي حال، سيكون الغلاف مركّزًا على العقدة، وبالتالي سيتقبل علماء الفلك أنه ليس غلافًا بل "هيكل فارغ من نوع ما". *
يمكن اعتبار هيكل الغلاف ناتجًا عن مواجهة قديمة (تبدو "كحلقة دخان").
لنفترض أن تنبؤي سيُؤكد. إذا اضطر علماء الفلك للإقرار بأن هذه الملاحظات تتوافق مع هيكل متماثل كرويًا، كيف سيُمكّنون من نمذجة هذه الطبقة الفارغة من المادّة المظلمة؟
إذا تأكد ذلك، فقد يعطي عناصر لاتخاذ قرار بين نموذج المادة والمادّة المظلمة ونموذج الكون المزدوج.
- تثبيت المجرات البيضاوية.
في القسم 7، الشكل 11، قلنا أن المجال الناتج عن ثقب في مادة ذات طاقة سالبة متجانسة يعادل المجال الناتج عن كرة مكافئة مملوءة بمادة ذات طاقة موجبة ومحيطة بفراغ. يجب الآن تبرير هذا. دعنا نذكر كيف يتم بناء العلاقة مع معادلة بوانسون في النظرية الكلاسيكية (انظر مثلاً [52]).
هذا يعطي (أ):
يكتب (ب). مع (د) و(ج)، المعادلة (ب) تُعرف بأنها معادلة بوانسون. لكن لاحظ فورًا أن المترية المُperturbée المقدمة تتوافق مع ظروف ثابتة. وهذا ممكن فقط إذا كانت الحلول من الدرجة الأولى (المترية لورنتز) تتوافق مع كون فارغ، حيث لا توجد قوة جاذبة ولا ضغط يعمل.
ثم هناك ارتباط بين المجال ومعادلة بوانسون. ولكن إذا افترضنا أن الكون غير فارغ ومتوازن، فإن هذه الطريقة لا تظل صحيحة، لأننا لا نستطيع الرجوع إلى مترية ثابتة. ما هو التأثير؟ لا يمكننا تحديد محول جاذب في كون متجانس مملوء بمواد ذات كثافة ثابتة. إذا نظرنا إلى معادلة بوانسون (هـ)، المكتوبة في الإحداثيات الكروية وإذا افترضنا أن r ثابت، نجد الحل الكروي (و) والحقول الجاذبة المقابلة (ز). هل من المدهش العثور على قوة جاذبة غير صفرية، تشير إلى مركز إحداثي عشوائي وتزداد إلى لا نهاية مع المسافة الشعاعية؟ التفسير: هذه الحلول الوهمية غير صحيحة، لأن معادلة بوانسون لا توجد في كون متجانس مستقر. المجال صفري في كل مكان، وهذا يبدو أكثر فيزيائية.
الشكل 20 : ثقب كروي في توزيع مادة مزدوجة ذات كثافة ثابتة
والمحول الجاذب المرتبط به.
يُظهر الشكل (ب) المجال الجاذب حول وداخل كرة مملوءة بمادة ذات كثافة موجبة ثابتة (مثل الأرض). في (ج) المحول الجاذب المرتبط. إذا عكسنا اتجاهات (ب) نحصل على المجال المرتبط بكرة مملوءة بمادة ذات كتلة سالبة. وإذا أضفنا ذلك إلى (أ) نحصل على منطقة متجانسة وغير محدودة مملوءة بمادة ذات كتلة سالبة، مع مجال صفري، وبالتالي (أ) يظهر المجال داخل تجويف كروي، وهو غير صفري. نحصل على تأثير تثبيت، وشدة المجال تكون قصوى عند الحد الداخلي. وهذا يفسر لماذا تبقي المجرات الحلزونية أذرعها، ولماذا ينخفض كثافة الغاز في القرص بشكل مفاجئ في الحافة.