a126
| 27 |
|---|
خاتمة هذه الجزء الأول المكرس للهندسة.
كلمة عن الفيزياء الهندسية B ونظرية المجموعات.
( عناصر نظرية المجموعات، المطبقة على الفيزياء، مقدمة في بداية الموقع الفرعي فيزياء هندسية B، "المجموعات الديناميكية في الفيزياء". )
لقد قمنا بطرح مفاهيم هندسية جديدة.
-
هندسات مزدوجة، مستوحاة في البداية من فكرة أندريه ساخاروف: لا يوجد كون واحد فقط، بل اثنين، وسماها أ. ساخاروف في عام 1967 "الكونين المزدوجين".
-
لا يعيش هذان الكونان في أماكن بعيدة، بل "في نفس المكان". قدمت الصورة (التعليمية) لألعاب الشطرنج، مع لعبتين، واحدة تُلعب على الخانات السوداء والأخرى على الخانات البيضاء.
-
هذه صورة تعليمية لهيكل هندسي أكثر تطورًا، حيث يتكون الكون ككل من طويتين منفصلتين (لكن تتفاعل). هذه الطويتين هي أسطح فائقة بحجم 4، يمكن اعتبارها "الغطاء ذو الورقتين لعُرض متنوع".
-
كما في النسبية العامة، نفترض أن الجسيمات تتبع خطوط الجيوديسية لكل سطح فائق. أحد هذه الأسطح يُفترض أن يكون زماننا ومكاننا. والآخر يُفترض أن يكون زمانًا ومكانًا مزدوجًا.
أولًا، يُفترض أن ثلاث أنواع من الجسيمات تتحرك على طول خطوط الجيوديسية في كل طوي، والتي هي بشكل عام:
-
المادة
-
المادة المضادة.
-
الفوتونات.
وبالتالي، في الطوي الثاني، الكون الثاني، الذي يمكننا تسميته الطوي المخيف أو الكون المخيف، سنجد:
-
مادة مخيفة
-
مادة مضادة مخيفة
-
فوتونات مخيفة.
( كل ذلك موضح بالتفصيل في "فيزياء هندسية B: المجموعات الديناميكية في الفيزياء". )
-
الطويان منفصلان، وخطوط الجيوديسية الخاصة بهما أيضًا منفصلة. لذلك، لا يمكن لفوتون يتحرك على خط جيوديسي في طويتنا F أن ينتقل ويتبع "خط جيوديسي مخيف"، ينتمي إلى الكون المخيف، والطوي المخيف F*. وبالتالي، الضوء المنبعث من المادة (أو المادة المضادة) في طويتنا لا يمكنه الوصول إلى الكون الآخر ويلتقى بجسيم مخيف. إذا كانت كائنات حية موجودة في الطوي F*، فهي لا تستطيع رؤية نجومنا، أو مجموعاتنا المجرية، أي شيء موجود في طويتنا، بسبب أسباب هندسية بحتة.
-
في المقابل، يمكن لفوتون مخيف، المنبعث من جسيم مادة مخيفة (أو مادة مضادة مخيفة) في الطوي المخيف F* (أو الكون المخيف)، أن يتحرك على طول خط جيوديسي لهذا الطوي ولا يمكنه الانتقال إلى الطوي الآخر، وهو طويتنا. وبالتالي، لا يمكن أن يتم استقباله أو احتجازه من قبل أي جسيم كتلي موجود في كوننا. وبالتالي، تبقى هياكل الكون المزدوج، أو الكون الظليل، أو الكون المخيف، مهما كان الاسم الذي نختاره، مخفية تمامًا بالنسبة لنا. إذا كانت هياكل من أي نوع موجودة في هذا الكون الثاني، لا يمكننا رؤيتها، بالوسائل البصرية، لنفس السبب: بسبب أسباب هندسية بحتة.
-
هذه الفكرة قريبة من الفكرة المطروحة من قبل نظرية الأوتار الفائقة. العديد من الباحثين من مجتمع الأوتار الفائقة متأكدون الآن من وجود عالمين، يواصلان الاتصال فقط من خلال المجال الجاذب.
ويتين (الفائز بجائزة فيلدز)، داف، جرين شوارتز، الفائز بجائزة نوبل عبدوس سالم...
راجع مقالًا حديثًا لمايكل داف، في مجلة ساينتيفيك أمريكان، بعنوان "نظرية الأوتار الفائقة الجديدة"، مترجم إلى الفرنسية (Pour la Science، أبريل 1998).
يتخيل داف المادة "على جدار" ومادة غير مرئية "على جدار آخر، موازٍ للسابق".
الفكرة عن وجود كونين، كيانين، لا يستطيعان رؤية بعضهما البعض والاتصال فقط من خلال القوة الجاذبة، كانت في الأصل من تفكير جرين، شوارتز ولفائز بجائزة نوبل عبدوس سالم.
الفكرة العامة هي توسيع عدد الأبعاد. في الفيزياء الكلاسيكية، عدد الأبعاد هو أربعة: (x، y، z، t)، المقابلة لزمن المكان. الفيزياء النظرية الحديثة تميل إلى توسيع هذا العدد، عادة إلى عشرة.
ثم يعتمد كل شيء على نظريات المجموعات والالتناظرات. التناظر ليس فقط التناظرات المألوفة للفضاء ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد، مثل:
-
التناظر بالنسبة لنقطة.
-
التناظر بالنسبة لمستوى.
-
التناظر بالنسبة لخط مستقيم.
-
أو التناظر الدوراني (الأجسام الدورية، البلورات).
كائن يبقى غير متغير عبر تحرك يملك هذا "نوع من التناظر".
هناك أيضًا، على سبيل المثال، تناظرات بالنسبة للزمن. نعتبر حركة جسيم اختباري موجود على مسافة r من نقطة كتلية M.
G هي ثابت الجاذبية، وحركة الجسيم تلتزم، في الديناميكا نيوتونية، بالمعادلة التفاضلية التالية:
(142)
والتي تملك حلًا خاصًا:
(143)
وهو الأخير قابل للعكس في الزمن. نحصل على تناظر بالنسبة للزمن، تناظر T.
تتميز الجسيمات بمجموعة من التناظرات الخاصة. هذه تشكل مجموعة من القيود القوية، إذا أردنا بناء المجموعة التي تتحكم في "الأمور".
في الوقت الحالي، يواجه الباحثون في نظرية الأوتار الفائقة جدارًا. أدواتهم توفر الكثير من الاحتمالات، لدرجة أنهم لا يتحدثون عن نظرية، بل عن نظريات. يقول الكثير: "من بين ملايين النظريات الممكنة..."
مع زميلي بير بيدى، قمنا بتحليل المشكلة من زاوية مختلفة، باستخدام أداة تسمى "العملية التماثلية لمجموعة على مساحة زخمها". راجع كتاب جان ماري سوريو:
"هيكل الأنظمة الديناميكية"، نشرته دار بيركهاوزر 1997".
(انظر أيضًا فيزياء هندسية B، المجموعات الديناميكية في الفيزياء ) . ** باستخدام هذه الأداة، أصبح من الممكن هندسة جسيمات أولية مثل البروتون، النيوترون، الإلكترون، الفوتون، النيوترينو، ومضاداتها. لكننا لا نتعامل مع هياكل أعمق (الكواركات). انظر مقالنا:
J.P. Petit وP. Midy: هندسة المادة والمضادة من خلال العملية التماثلية لمجموعة على مساحة زخمها. 1: الشحنات كمكونات مقياسية إضافية لزخم مجموعة تعمل في فضاء بعدي 10. تعريف هندسي للمادة المضادة. فيزياء هندسية B، 1، 1998.
يحتوي هذا المقال على تعريف هندسي للمادة المضادة.
بشكل موجز، بجانب الزمكان الكلاسيكي: {x، y، z، t}، نضيف ستة أبعاد إضافية، أبعاد إضافية:
{z₁، z₂، z₃، z₄، z₅، z₆}
يمكننا ربط هذه القيم المقياسية بناقل z. وبالمثل، يمكننا تعريف متجه الزمكان:
(144)
يمكننا اعتبار أن الجسيم "يوجد" في فضاء بعدي 10:
(145)
(146)
أو ببساطة: z → - z
وهو ما يعني:
z₁ → - z₁
z₂ → - z₂
z₃ → - z₃
z₄ → - z₄
z₅ → - z₅
z₆ → - z₆
تُعكس جميع الأبعاد الإضافية.
يؤدي إدخال أبعاد إضافية إلى تغيير مجموعة الحركة. راجع كتاب سوريو، طبعة بيركهاوزر 1997.
في الفيزياء النسبية غير الكمومية، مجموعة الحركة هي مجموعة بوانكاريه. نقوم بتوسيعها إلى العالم الكمومي، بإدخال بعد خامس z (سوريو، 1964). علاوة على ذلك، تتيح طريقة كوسنت-كييريلوف-سوريو بناء معادلة كلاين-غوردون من "التوسع المركزي لمجموعة بوانكاريه"، المجموعة الجديدة لحركة الحركة.
نتعامل مع مجموعة بوانكاريه الموسعة والمتعددة ("مجموعة بيت")، والتي تؤدي إلى الأرقام الكمومية الكلاسيكية الستة من خلال عملها التماثلي على مساحة زخمها:
q: الشحنة الكهربائية
cB: عدد الباريونات
cL: عدد الليبتونات
cm: عدد الميوونات
ct: عدد التاونات
v: ثابت الجيرومغناطيسي.
يتم تعريف الجسيم بعد ذلك من خلال المجموعة:
{q، cB، cL، cm، ct، v، E، px، py، pz، s}
E هي طاقته
{px، py، pz} هو متجه زخمه
s هو دورانه.
على سبيل المثال، الإلكترون يتوافق مع:
q: الشحنة الكهربائية = -1
cB: عدد الباريونات = 0
cL: عدد الليبتونات = 1
cm: عدد الميوونات = 0
ct: عدد التاونات = 0
v: ثابت الجيرومغناطيسي = ve
s = 1/2
والبروتون المضاد يتوافق مع:
q: الشحنة الكهربائية = -1
cB: عدد الباريونات = -1
cL: عدد الليبتونات = 1
cm: عدد الميوونات = 0
ct: عدد التاونات = 0
v: ثابت الجيرومغناطيسي = -ve
s = 1/2
والفوتون يتوافق مع:
q: الشحنة الكهربائية = 0
cB: عدد الباريونات = 0
cL: عدد الليبتونات = 0
cm: عدد الميوونات = 0
ct: عدد التاونات = 0
v: ثابت الجيرومغناطيسي = 0
s = 1
في نظرية ديراك للمادة المضادة، يتم عكس جميع الشحنات (بما في ذلك الشحنة الكهربائية).
بما أن جميع الشحنات للفوتون صفر، فإنه يفسر لماذا الفوتون هو جسيمه المضاد، لأن:
- 0 = + 0
وبالتالي، تقدم هذه الطريقة هندسة أولية للجسيمات الأولية (العادية). تقتصر الوصف على مكونات النوى.
النسخة الأصلية (الإنجليزية)
a126
| 27 |
|---|
Conclusion of this first part devoted to geometry.
A word about Geometrical Physics B and group theory.
( Elements of group theory, applied to physics, are given at the begining of the sub-site Goemetrical Physics B , "Dynamic Groups of Physics" ) .****
We have introduced new geometric concepts.
-
Twin geometries, inspired intially by Andréi Sakharov's idea : There is not only a single universe, but two, which A. Sakharov called, in 1967 "twin universes".
-
These two universes don't live in distant places, but lie "at the same place". We gave the (primitive) didactic image of checkers, with two games, one being played on black squares and the other on white ones.
-
This is a didactic image of a more refined geometric structure, in which the universe, as a whole, is composed by two distinct (but interacting) folds. These folds are 4d hypersurfaces, which can be considered as "the two-folds cover of a skeleton-manifold".
-
As in general relativity, we assume that particles follow geodesic of each hypersurface. One of these is supposed to be our space-time. The other is supposed to be twin space-time.
A priori three kinds of particles are supposed to cruise along geodesics in each fold, which are, schematically :
-
matter
-
anti-matter.
-
photons.
So that, in the second fold, the second universe, that we can call ghost fold, or ghost universe, we would find :
-
ghost matter
-
ghost anti-matter
-
ghost photons.
( all that is explained in details in " Geometrical Physics B : Dynamic Groups ins Physics" ).
-The two folds are distinct and their geodesic lines are distinct too. So that a photon, travelling on a geodesic of our fold F, cannot jump and follow a "ghost geodesic", which belongs to the ghost universe, the ghost fold F*. As a conclusion, light emetted by matter (or anti-matter) in our fold, cannot reach the other universe and be received by some ghost particle. If some living creatures exist in the fold F*, they cannot see our stars, our galaxies, anything that lies in our fold, on pure geometrical grounds.
-
Conversely, a ghost photon, emitted by a particle of ghost matter (or ghost anti-matter) in the ghost fold F* ( or ghost universe ), travels on a geodesics of this fold and cannot jump to the other fold, ours. So that it cannot be received, captured by any massive particle located in our universe. As a conclusion, the structures of the twin universe, or shadow universe, or ghost universe, whatever the name we choose, are basically invisible to us. If there are structures of any kind in this second universe, we cannot observe it, by optical means, for the same reason : on pure geometrical grounds.
-
This idea is close to the superstring advanced idea. Many researchers, from the superstring community, are now conviced that two worlds exist, which communicate only through gravitational field.
Witten ( Field medal winner ), Duff, Green Schwarz, the Nobel Price winner Abdus Salam.....
see a recent paper of Michael Duff, in Scientific American, entitled "the new superstring theory", translated in french (Pour la Science Journal, april 1998 ).
Duff imagines matter "on a wall" and some invisible matter "on another wall, parallel to the first.
The idea of two universe, two entities, unable to see each other and communicating only through gravitational force, was initially due to Green, Swharz and the Nobel Price winner Abdus Salam.
The general idea is to extend the number of dimensions. In classical physics, this number is four : (x , y , z , t), corresponding to space-time. Modern theoretical physics tends to extend that number, in general to ten.
Then all is based on group theories and *symmetries *. A symmetry is not only the familiar symmetries of the 2d or 3d space, like
-
Symmetry with respect to a point.
-
Symmetry with respect to a plane
-
Symmetry with respect to a straight line.
-
or rotational symmetry ( periodic objects, crystals ).
An object which remains unchanged through a translation owns this "kind of symmetry".
There are also, for example, symmetries with respect to time. Consider the movement of a test particle, located at a distance r from a mass-point M.
G being the constant of gravity, the movement obeys, in newtonian dynamics, the following differential equation :
(142)
which owns a peculiar solution :
(143)
this last being *time-reversible **. ***We get a symmetry with respect to time, a T-symmetry.
Particles own a set of peculiar symmetries. This forms a set of strong constraints, if one wants to build the group which runs the "things".
At the present time the superstring men are facing a wall. Their tool box offers too many possibilities, so that they don't talk about theory, but about theories. Many uses to say : "among the million of possible theories..."
With my collegue Pierre Midy we have approached the problem on a different angle, using a tool called "the coadjoint action of a group on its momentum space". See the book of Jean-Marie Souriau :
"Structure of Dynamical Systems",Birkhauser Ed. 1997".
(See also Geometrical Physics B, Dynamic groups ins Physics ) . ** With such tool it has been possible to geometrize elementary particles such as proton, neutron, electron, photon, neutrinos, and their antis. But we do not deal with deeper structure ( quarks). See our paper :
J.P.Petit and P.Midy : Geometrization of matter and anti-matter through coadjoint action of a group on its momentum space. 1 : Charges as additional scalar components of the momentum of a group acting on a 10d-space. Geometrical definition of anti-matter. Geometrical Physics B, 1, 1998.
This paper contains a geometrical definition of anti-matter .
Briefly, to classical space-time : { x , y , z , t } we add six more dimensions, additional dimensions :
{ z 1, z 2,z 3,z 4,z 5,z 6 }
We can link these scalar to a vector **z . **Similarly we can define the space-time vector :
(144)
We can consider that a particle "live" in a ten dimensional space :
(145)
(146)
Or, simply : z ---> - z
which means :
z 1 -----> - z 1 z 2 -----> - z 2 z 3 -----> - z 3 z 4 -----> - z 4 z 5 -----> - z 5 z 6 -----> - z 6
All the additional dimensions are reversed.
The introduction of additional dimensions modifies the Dynamic Group . See the book of Souriau, Birkhauser Ed. 1997.
In non quantum relativistic physics the dynamic group is the Poincaré's group. One extends to the quantum world, introducing a fifth dimension z (Souriau, 1964). Furthermore the Kostant-Kirilov-Souriau method makes it possible to build the Klein-Gordon equation from the "Central extension of the Poincaré group", the new dynamic group.
We deal with a generalized extended Poincaré's group ("Petit's group"), whose coadjoint action on its momentum gives the six classical quantum numbers :
q : electric charge cB : baryonic number cL : leptonic number cm : muonic number ct : tauonic number v : gyromagnetic constant.
Then a particle is defined by the set :
{ q , cB , cL , cm , ct , v , E , px , py, pz, s }
E is its energy
{ px , py, pz} is its impulsion vector
s is its spin.
For example, an electron corresponds to :
q : electric charge = - 1 cB : baryonic number = 0 cL : leptonic number = 1 cm : muonic number = 0 ct : tauonic number = 0 v : gyromagnetic constant. = ve s = 1/2
and anti proton to : q : electric charge = - 1 cB : baryonic number = -1 cL : leptonic number = 1 cm : muonic number = 0 ct : tauonic number = 0 v : gyromagnetic constant. = - ve s = 1/2
a photon to :
q : electric charge = 0 cB : baryonic number = 0 cL : leptonic number = 0 cm : muonic number = 0 ct : tauonic number = 0 v : gyromagnetic constant. = 0 s = 1
In Dirac's anti-matter all the charges are reversed ( including the electric charge ).
As all the charges of photons are zero it explains why the photons is its own antiparticle, because :
- 0 = + 0
Then this method gives a first geometrization of (usual) elementary particles. The description is limited to the components of the nuclei.