Kosmologie dvojčatových vesmírů
Astronomie a kosmické vědy
226
: 273-307, 1995
Jean-Pierre Petit
Observatoř v Marseille, Francie
Abstrakt
...
Na základě poleové rovnice
S = c ( T - A( T ) ), prezentované v předchozím článku, představujeme nejnovější výsledky, založené na numerických simulacích, které vedou k novému modelu aplikovanému na velmi velkou strukturu Vesmíru. Je rozvinuta teorie inverzní gravitační čočky, ve které pozorované efekty mohou být způsobeny především působením okolní „antipodální hmoty“. To představuje alternativu k vysvětlení založenému na existenci temné hmoty. Následně rozvíjíme kosmologický model. Vzhledem k hypotéze homogenity musí být metrika řešením rovnice
S = 0, přestože celková hmotnost Vesmíru je nenulová. Abychom se vyhnuli triviálnímu řešení R = konstanta × t, uvažujeme model s „proměnnými konstantami“. Následně odvozujeme zákony spojující různé konstanty fyziky: G, c, h, m, aby základní rovnice fyziky zůstaly invariantní, takže variace těchto konstant není měřitelná v laboratoři: jediným efektem tohoto procesu je rudý posun, způsobený sekulární variací těchto konstant. Všechny energie jsou zachovány, ale ne hmotnosti. Zjišťujeme, že všechny charakteristické délky (Schwarzschildova, Jeansova, Comptonova, Planckova) se mění jako charakteristická délka R, z čehož vyplývá, že všechny charakteristické časy se mění jako kosmický čas t. Protože energie fotonu hn je zachována během jeho letu, pokles jeho frekvence n je způsoben růstem Planckovy konstanty h ∝ t. Za těchto podmínek má poleová rovnice jediné řešení, odpovídající záporné křivosti a evolučnímu zákonu: R se mění jako t²/³.
Model není entropický a s ∝ Log t. Kosmologický horizont se mění jako R, takže homogenita Vesmíru je zajištěna v každém okamžiku, což představuje alternativu k teorii inflace. Pro umírněné vzdálenosti znovu nacházeme Hubbleův zákon. Je odvozen nový zákon: vzdálenost = f(z), který je velmi blízký klasickému zákonu pro umírněné rudé posuny.
Úvod
V předchozím článku [1] byl prezentován kosmologický model, založený na nové poleové rovnici:
(1)
S = c ( T - A( T ) )
která vychází z lagrangianu ( R+ - R- )
Einsteinova rovnice:
(2)
S = c T
je lokální rovnice, což znamená, že lokální geometrie vesmíru (tenzor S) je určena lokálním obsahem energie-hmoty (tenzor T). V rovnici (1) jsme předpokládali, že hypersurface časoprostoru má topologii S³ × R¹ a že lokální geometrie vesmíru je určena jak lokálním obsahem energie-hmoty, tak obsahem energie-hmoty antipodálního záhybu, prostřednictvím antipodální relace A.
Obrázek 1: Souřadnicově invariantní antipodální relace.
...
Pokud s představuje prostorové souřadnice, dvě geodetiky vycházející z M se sbíhají v antipodálním bodě M*, nebo A(M). A je involutivní zobrazení. Můžeme poskytnout didaktický obraz, aby se schematizoval fyzikální význam rovnice (1).
...
Uvažujme dutou sféru S² vyrobenou z nějakého neprůhledného materiálu. Předpokládáme, že v tomto prostředí se teplo nešíří, ale způsobuje dilataci. Pokud umístíme tepelnou energii na určitých místech, povrch bude tvarován dilatací. V takovém modelu teplo představuje energii (tenzor T). Dilatace materializuje dopad lokálního obsahu energie na lokální geometrii. Světlo se v tomto prostředí nešíří, jak bylo předpokládáno. Ale můžeme předpokládat, že zvukové vlny se mohou šířit a přenášet informaci z jednoho bodu na druhý.
...
V klasické Obecné teorii relativity není světlo „obsahem“ modelu, protože elektromagnetická energie není explicitně přítomna v energetickém tenzoru (ačkoli termíny radiačního tlaku mohou být přítomny v tenzoru T), takže šíření světla podél nulových geodetik je pouze hypotézou, silně potvrzenou pozorováními a experimenty. Analogií zvukových vln v klasickém modelu OTR jsou gravitační vlny, které můžeme konstruovat perturbací poleové rovnice. Nicméně nemůžeme konstruovat elektromagnetické vlny z rovnice (2) a předpokládáme, že sledují nulové geodetiky variety, stejně jako gravitační vlny.
...
V rovnici (1) jsme předpokládali, že světlo také sleduje nulové geodetiky. Kromě toho jsme předpokládali, že lokální geometrie S je určena jak lokálním obsahem energie-hmoty T, tak antipodálním obsahem A(T). V našem předchozím článku [1], s použitím klasické aproximace slabého pole a malých rychlostí, jsme ukázali, že „antipodální hmota“ (umístěná v s*) působila na hmotu (umístěnou v s) jako „rozložení odpudivé negativní hmoty“, kvůli minusu v poleové rovnici (1).
To můžeme schematizovat v následujícím 2D modelu. Vezměte rovinu a umístěte hmoty na obou stranách, symbolizované malými disky.
...
Dvě hmoty mohou kolidovat a vyměnit fotony, pokud jsou umístěny na stejné straně. Nemohou, pokud jsou umístěny na opačných stranách. Dvě hmoty umístěné na stejné straně se přitahují podle Newtonova zákona. Dvě hmoty umístěné na opačných stranách se odpuzují podle odpudivého Newtonova zákona. Částice na stejné straně mohou vyměnit fotony, ale ne částice na opačných stranách (rovina je neprůhledná). Viz obrázek 2.
Obrázek 2: Dvojrozměrný obraz systému sil. Pokud jsou částice na stejné straně, přitahují se podle Newtonova zákona. Pokud patří na opačné strany, odpuzují se podle odpudivého Newtonova zákona. Fotony j mohou cestovat z A do B a z C do D a naopak, protože jsou na stejné straně. Nemohou cestovat z E do F, ani naopak.
...
V našem předchozím článku jsme ukázali analytickým řešením, že tento mechanismus poskytuje „efekt chybějící hmoty“ pro pozorovatele na jedné straně, pokud ignoruje existenci částic na druhé straně. Některé výsledky 2D numerických simulací byly prezentovány [1]. Poskytly na velkých škálách nehomogenní vzor. Viz reference [1], obrázek 7.
...
Ale to nevypadá jako známý Vesmír, který se zdá být poměrně houbovitý. V roce 1970 Zel'dovich navrhl svou slavnou teorii „pancakes“ [2]. Efekt „pancake“ byl poprvé demonstrován v numerických modelech evoluce trojrozměrného rozložení hmoty Doroshkevichem a kol. (1980), Klypinem a Shandarinem (1983) a Centrellou a Mellotem (1983) [3, 4, 5]. Mellot a Shandarin (1990) dali elegantní demonstraci efektu použitím dvojrozměrných výpočtů, které poskytovaly výrazně lepší rozlišení pro daný počet částic, viz reference [6]. Shandarin (1988) a Kofma, Pogosyan a Shandarin (1990) prezentovali mocnou semi-analytickou metodu pro předpověď pozic „pancakes“ z počátečních podmínek [7 a 8]. Nedávno (1992) Mellot použil trojrozměrný soubor 64³ částic s periodickými okrajovými podmínkami. Podle Mellota zůstávají fluktuace hustoty malé. Jak upozornil Peebles v roce 1993 [9]: „To nemůže být celý příběh, protože nalezené „pancakes“ jsou tranzientní efekt: s rostoucím časem hmotnost v „pancakes“ odtéká do shluků koncentrovaných ve všech třech rozměrech. To znamená, že pokud by lokální list galaxií byl „pancake“, musel by se vytvořit nedávno“. Potom Peebles se zeptal: „Mohla by existovat druhá generace „pancakes“ vytvořených kolektivním kolapsem skupin shluků vytvořených z první generace?“ Ale okamžitě concluded: „To nevyplývá z uvedené analýzy, protože závisí na spojitosti rychlostního pole, které umožňuje zapsat rozvoj v řadě pro evoluci relativních pozic. Po vytvoření první generace shluků, které mohou být galaxie nebo jejich předchůdci, rychlostní pole obecně nemá délku koherence, a analýza založená na spojitosti neplatí“.
...
Závěrem, teorie „pancakes“ nemůže v současném stavu popsat pozorovanou strukturu na velkých škálách.