Zwilling universum gegen dunkle materie, dunkle materie, dunkle energie und kosmologische konstante
- Aus was könnte die Zwillingsmaterie bestehen.
Die theoretische Physik ist seit mehr als 30 Jahren in einer Krise. Viele Artikel wurden vor vielen Jahren über den magnetischen Monopol veröffentlicht, aber keiner ist erschienen. Die Existenz der supersymmetrischen Partner wurde noch nicht bewiesen. Niemand weiß, was ein „Graviton“ ist. Als die Wissenschaftler versuchten, die Zerfall des Protons nachzuweisen, kooperierte es nicht. Fast alles, was die neuen Teleskope liefern, bleibt immer noch ein vollständiges Rätsel. Niemand weiß, was QSO, Gamma-Blitze und wie sie funktionieren sind. Die riesigen Schwarzen Löcher sind seltsam still, und so weiter. Die Theorie der Superstrings ist nichts anderes als eine neue Mode, trotz tausenden von Artikeln, die in diesem „neuen Bereich“ veröffentlicht wurden. Die Welt der Superstrings ist ein seltsamer Spielplatz, in dem die Physik scheinbar verzweifelt fehlt. In dem Folgenden geben wir die erste geometrische Beschreibung der Antimaterie. Wie J.M. Souriau sagt, ist die Gruppentheorie das grundlegendste Werkzeug, das wir haben, um physikalische Phänomene zu behandeln. Eine natürliche Aktion einer Lie-Gruppe ist ihre coadjungierte Aktion auf ihrer Lie-Algebra, wie von J.M. Souriau 1970 eingeführt [53]. Die Dimension einer Gruppe G ist die Anzahl der Parameter, von denen sie abhängt. Dies ist auch die Anzahl der Komponenten ihres Moments J. Die Lorentz-Gruppe L ist eine sechsdimensionale Gruppe, die vier zusammenhängende Komponenten besitzt. Wir führen die vier Elemente-Gruppe omega in ihrer Matrizen-Darstellung (a) ein. Dann können wir die vollständige Lorentz-Gruppe L aus ihrer neutralen Komponente Ln durch ein direktes Gruppenprodukt (b) konstruieren, wobei (c) die Matrizen-Darstellung ist. Ein neues halb-direktes Produkt
(d) gibt die Poincaré-Gruppe. Wir führen den Vierervektor des Ereignisses (e) und den Translation-Vektor im Raum-Zeit C : (f) ein. Wir können eine Matrizen-Darstellung (g) des Poincaré-Elements geben. In (h) seine Aktion auf der Raum-Zeit. Aber diese versteckt eine wichtige Aktion: die coadjungierte Aktion der Gruppe auf ihrem zehn Komponenten-Momentenraum J (die Poincaré-Gruppe besitzt zehn Dimensionen). Souriau schreibt dieses Moment:
J = { E , p , f , l }
E ist die Energie, p der Impuls, f der „Durchgang“ und l der Spin. Es ist zweckmäßig, gemäß Souriau eine antisymmetrische Matrix M einzuführen: (a) und den Vierervektor Impuls-Energie **P **: (b). Die Berechnung des Duals der Aktion der Gruppe auf ihrer Lie-Algebra ergibt die Aktion auf dem Moment { (c) , (d) }.
Wenn wir nun die Symmetrien I , P , T und PT hervorheben, wählen wir (e) und (f). Die coadjungierte Aktion wird dann { (g) , (h) }, was ergibt:
Wie Souriau 1970 hervorhob, konstruieren wir mit den Matrizen (c) den orthochronen Untergruppe Po: (d), bestehend aus zwei zusammenhängenden Komponenten: der neutralen Pn und der räumlichen Symmetrie Ps. Die Terme dieser beiden Komponenten ändern nicht das Vorzeichen der Energie E. Im Gegenteil produzieren die Matrizen (e) das antichrone Unterensemble, dessen Terme das Vorzeichen der Energie umkehren, sodass die Zeitumkehr mit der Energieumkehr einhergeht, d.h. die Masseumkehr, falls die Teilchen eine haben. Als Schlussfolgerung sehen wir, dass negative Masse und negative Energie aus der dynamischen Beschreibung der Poincaré-Gruppe hervorgehen, in Verbindung mit relativistischen Punktbewegungen. Wir werden nun die Poincaré-Gruppe erweitern, indem wir betrachten:
Wir führen die Matrix (a) und (b) ein. Dann geben wir eine Matrizen-Darstellung der Gruppe an, die (e) auf einem Bündel Z 2 x U(1) x R4 wirkt. In (f) erhalten wir die geometrische Darstellung der C-Symmetrie. Die fünfte Dimension (c) ist kompakt. Dann impliziert jedes Element der Gruppe, das den Wahl (f) entspricht, eine
Symmetrie bezüglich der angegebenen Geraden. Die Berechnung der coadjungierten Aktion der Gruppe auf ihrem Moment zeigt keine besonderen Schwierigkeiten. Wie Souriau 1970 hervorhob, geht die Hinzufügung einer kompakten Dimension q mit einer quantisierten zusätzlichen Skalargröße einher, die mit der elektrischen Ladung q identifiziert wird. Die Aktion auf den Teil des Moments, der sich auf die Poincaré-Gruppe bezieht, ändert sich nicht. Die Aktion auf die elektrische Ladung ergibt:
Teilchen werden in Form von Bahnen der Gruppe beschrieben. Einige haben eine positive Energie, andere eine negative. f kann als Faltungsindex betrachtet werden.
f = +1 bezieht sich auf die Faltung F; f = -1 bezieht sich auf die Faltung F
Wir erhalten eine geometrische Doppelstruktur. Die Aktion ist einfach:
f = n f
Dies kann in Abbildung 21 zusammengefasst werden.
Fig. 27 : Einfluss der Symmetrien auf die Komponenten des Moments.
Beachten Sie, dass ( nu = - 1 ) sich auf die antichronen Terme der Gruppe bezieht. Ein Teilchen und seine Bewegung entsprechen einem besonderen Element des Moments. Antichrone Terme verwandeln orthochrone Bewegungen in antichrone und kehren Masse und Energie um. Da die Raum-Zeit aus zwei getrennten Faltungen F und F besteht, können Begegnungen von Teilchen mit entgegengesetzter Energie vermieden werden, wenn wir Teilchen mit positiver Energie in einer Faltung, z.B. F, und solche mit negativer Energie in ihrer Doppel-Faltung F platzieren. Diese physikalische Beschreibung ist mit den Eigenschaften der Gruppe konsistent.
- PT-Symmetrie und CPT-Symmetrie.
Wie Souriau 1970 hervorhob, invertieren alle Symmetrien, die eine T-Symmetrie beinhalten, die Energie und die Masse. Wenn wir ein normales Teilchen mit Masse m und elektrischer Ladung q betrachten, besitzt seine CPT-Symmetrie negative Energie und Masse. Feynman zeigte, dass die PT-Symmetrie eines Teilchens wie eine Antiteilchen wirkte, aber gemäß dem Ergebnis von Souriau besitzt sie negative Masse und Energie. Aus dem Vorhergehenden haben wir eine neue Beschreibung des Universums als aus zwei Zwillingseinheiten bestehend konstruiert. Die erste ist eine Faltung F, die als unsere angenommen wird, gefüllt mit Materie und Dirac-Antimaterie, C-symmetrisch gegenüber der ersten. In der zweiten Faltung F gilt ebenfalls die Materie-Antimaterie-Dualität. Ihre Materie ist CPT-symmetrisch gegenüber unserer, während ihre Antimaterie der von Feynman entspricht. Insgesamt sind die beiden Faltungen CPT-symmetrisch. Dies entspricht den ursprünglichen Ideen von Sakharov ([33] bis [36]). Die erste Arbeit des Autors, die der Kosmologie des Zwilling-Universums gewidmet war, wurde 1977 veröffentlicht.
- Modell einer flüchtigen Neutronenstern: ein Konkurrent des Schwarzen-Loch-Modells.
Klassisch basiert die Kritikalität eines Neutronensterns auf einer geometrischen Kritikalität. Eine konstante Dichte-Kugel, umgeben von leerem Raum, kann durch zwei verknüpfte Schwarzschild-Metriken (innere und äußere) beschrieben werden. Diese Ausdrücke wurden in Abschnitt 7 gegeben. Beide werden kritisch, wenn der Radius des Neutronensterns seinem zugehörigen Schwarzschild-Radius nähert. Tolmann, Oppenheimer und Volkov leiteten (siehe [52], Gleichung 14.22) eine berühmte „TOV-Gleichung“ ab, die den Druck in Abhängigkeit von der radialen Entfernung in einem Neutronenstern angibt.
Fig. 28 : **Links, geometrische Kritikalität. Rechts: physikalische Kritikalität. **
Die Berechnung zeigt, dass vor Erreichen der geometrischen Bedingungen eine physikalische Kritikalität auftritt: der Druck tendiert gegen unendlich im Zentrum des Sterns (links).
Fig. 29 : **Druck in Abhängigkeit von der radialen Entfernung in einem Neutronenstern. **
Wir werden jetzt Annahmen machen. In Abschnitt 15 haben wir versucht, den ursprünglichen Zustand des Universums zu beschreiben, indem wir in seine Vergangenheit zurückgingen. Um seine enorme Homogenität zu erklären, haben wir eine Variation der physikalischen Konstanten während der Strahlungszeit eingeführt. Zwischenzeitlich bleibt diese Erkundung noch sehr riskant. Wir haben einfach versucht, neue Perspektiven auf die Frage zu bieten: „Was passiert, wenn man in die ferne Vergangenheit des Universums blickt?“. Ich denke, wir besitzen nicht alle Schlüssel. Ich werde einfach eine Meinung äußern. Ich denke, dass, wenn der Druck einen kritischen Wert (zu bestimmen) erreicht, unser Universum mit seinem Zwilling verbunden wird, der, wie A. Sakharov vorschlug, „in seiner Vergangenheit ruht“. Obwohl dies noch unklar ist, gebe ich zu, dass ich denke, dass unser Universum mit seiner Vergangenheit interagiert, die sich über einen gewissen Raum-Zeit-Brücke erstrecken würde. Sakharov dachte, dass unser Universum und sein Zwilling verbunden waren. Ich füge hinzu, dass sie überall, jederzeit interagieren würden. Deshalb ist die Zeitpfeil in dem Zwilling umgekehrt, wie aus Abschnitt 19 hervorgeht. Deshalb scheinen die Atome des Zwillinges eine negative Masse zu haben und unsere abzustoßen. Für uns leben sie einfach rückwärts in der Zeit, deshalb, gemäß den Arbeiten von Souriau, ist ihre scheinbare Masse negativ. Analog dazu denke ich, dass, wenn die physikalische Kritikalität im Zentrum eines Neutronensterns erreicht wird, die lokalen Werte der physikalischen Konstanten radikal verändern. Eine solche Bedingung würde lokal die „Big Bang-Bedingungen“ reproduzieren. Ein Raumbrücke würde sich öffnen und Materie mit relativistischer Geschwindigkeit anziehen. Dieser „weiche Szenario“ würde eintreten, wenn der Materiefall aufgrund des Sonnenwindes eines Begleitsterns kritische Bedingungen im Zentrum des Sterns erreicht. Dann kann ein stationärer Zustand geometrisch mit den vier Schwarzschild-Metriken beschrieben werden. Für die Faltung F:
Für das benachbarte, konjugierte Gebiet der Zwilling-Faltung F:
Man kann die geodätischen Systeme untersuchen und sie durch einen Raumbrücke verknüpfen, dessen einziger Parameter seine Fläche ist. Kleine Raumbrücken können die Materie, die dem Sternwind eines Begleitsterns entspricht, aufnehmen, denn in der Nähe ist die Dichte riesig und die Geschwindigkeit relativistisch. Auf Abbildung 24 eine 2D didaktische Abbildung des Modells.
Fig. 30 : **2D didaktische Abbildung eines flüchtigen Neutronensterns (SNS). **
Ein gewaltiger Materiefall, verursacht beispielsweise durch eruptivere Phänomene eines Begleitsterns oder durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne, die ein binäres System bilden, könnte eine schnelle Öffnung eines Raumbrücke verursachen, wie auf der rechten Seite der Abbildung 24 vorgeschlagen. Die Erklärung der Gamma-Blitze könnte dort liegen. Dieses Modell stellt das Schwarze-Loch-Modell in Frage. Wir werden später sehen, warum letzteres fragwürdig ist. Es stimmt etwas nicht mit diesem Schwarze-Loch-Modell. Es gibt zu wenige Kandidaten und jeder weiß, dass ein kleiner Fehler bei der Entfernungsbewertung diese Kandidaten in einfache Neutronensterne verwandeln kann. Es gibt keine unumstößlichen Beweise für ihre Existenz. Die Leute glauben einfach daran. Sie sagen immer: „Was könnten Sie sich sonst vorstellen?“. Schauen Sie sich den Anfang des Artikels an. Wir haben den Artikel des Journals Le Monde erwähnt, in dem Fort und Meillier eine farbige 3D-Karte der dunklen Materie präsentierten und der Journalist, begeistert, titelte [1]: „Die dunkle Materie existiert: Sie biegt die Lichtstrahlen“. Aber was ist mit den „dunklen Clustern“ [2], die von denselben Personen entdeckt wurden, die „die Lichtstrahlen anziehen, biegen, aber scheinbar die gewöhnliche Materie abstoßen“? Wenn dies bestätigt wird, wären sie, wie von Fort vorgeschlagen, ausschließlich aus „exotischer Materie“ zusammengesetzt, und wenn sie es sind, was ist diese Substanz? Was ist mit der Beschleunigung der Raumsonden [49], die eine Verteilung der dunklen Materie nicht erklären kann? Heute brauchen die Leute gigantische Schwarze Löcher im Zentrum der Galaxien, um die dynamischen Parameter dieser Regionen zu rechtfertigen. Aber diese Riesen scheinen sehr still zu sein, wie ein Schlafmützen, nicht wahr? Einige haben vorgeschlagen, dass sie „gesättigte Schwarze Löcher“ sein könnten. Wie lange werden wir weiterhin neue Probleme lösen, indem wir einfach neue Namen erfinden?
****Zusammenfassung des Artikels
Originalversion (Englisch)
univers jumeaux contre matiere sombre , matiere noire, energie noire et constante cosmologique
- **What twin matter could be made of. **
Theoretical physics is in a big crisis since mode than 30 years. A lot of papers were published many years ago about magnetic monopole, but no one appeared. The existence of supersymetric partners has not been proved yet. Nobody knows what a graviton could be. When scientists tried to evidence the protons decay, this last did not cooperate. Almost all that new telescopes bring is still e complete mystery. Nobody knows what are QSO, gamma flashes and how it works. Giant black holes are strangely silent, and so on. Superstring is nothing but a new fashion, in spite thousands papers published in this new field. Superstring world is a strange play field in which physics seems desperately absent. In the following we give the first geometrical description of antimatter. As J.M.Souriau uses to say, group theory is the most basic tool we have to deal with physical phenomena. A natural action of a Lie group is its coadjoint action on its Lie algebra, as introduced by J.M.Souriau in 1970 [53]. The dimension of a group G is the number of parameters it depends on. This is also the number of components of its moment **J **. The Lorentz group L is a six-dimensional group, which owns four connex components. Introduce the four elements group omega, in its matrix representation (a). Then we can built the complete Lorentz group L from its neutral component Ln, through a direct group product (b), where (c) is the matrix representation. A new semi-direct product
(d) gives the Poincaré group. Introduce the event-quadrivector (e) and the space-time translation vector C : (f).We can give a matrix representation (g) of the Poincaré element. In (h) its action on space-time. But this one hides a more important action : the coadjoint action of the group on its ten components moment space J (the Poincaré group owns ten dimensions).Souriau writes this moment :
J = { E , p , f , l }
E is the energy, p the impulsion,** f ** the passage an** l** the spin. It is convenient to introduce, following Souriau, an antisymmetric matrix M : (a) and the quadrivector impulsion-energy **P **: (b). The calculation of the dual of the action of the group on its Lie algebra gives the action on the momentum { (c) , (d) }.
Now, il we want to evidence symmetries I , P , T and **PT **we choose (e) and (f). The the coadjoint action becomes { (g) , (h) } , which gives :
As pointed out in 1970 by J.M.Souriau, with the matrixes (c) we build the orthochron subgroup Po : (d), composed by two connex components : the neutral one Pn and by the space-inversion component Ps. The terms of these two components do not inverse the sign of the energy E. Conversely, the matrixes (e) produce the antichron subset, whose terms inverse the sign of the energy, so that time-inversion goes with energy inversion, i.e. mass-inversion, if the particles own one. As a conclusion we see that negative mass and negative energy arise from the dynamic Poincaré group description, referring to relativistic mass-point movements. Now, we are going to extend the Poincaré group, considering :
We introduce the matrix (a) and (b). Then we give a matrix representation of the group, acting (e) on a bundle Z 2 x U(1) x R4. In (f) we get the geometrical expression of the C-symmetry. The fifth dimension (c) is compact. Then any element of the group corresponding to choices (f) implies a
symmetry with respect to the indicated straight line. The calculation of the coadjoint action of the group on its momentum shows no peculiar difficulty. As pointed out by Souriau in 1970 the addition compact dimension q goes with a quantified additional scalar, identified to the electric charge q. The action on the part of the moment corresponding to Poincaré does not change. The action on the electric charge gives :
Particles are describes in terms of orbits of the group. Some own a positive energy and others a negative one. f can be considered as a fold index.
f = +1 refers to fold F f = -1 refers to fold F
Wet get a geometrical twin structure. The action is simply :
f = n f
This can be summarized on figure 21.
Fig. 27 : Impact of symmetries on the momentum components.
Notice that ( nu = - 1 ) refers to antichron terms of the group. A particle and its movement correspond to a peculiar element of the momentum. Antichron terms transform orthochron movements into antichron ones and reverse mass and energy. As space time is composed by two separate folds F and F , encounters of opposite energy particles can be avoided if we put positive energy particles in one fold, F for example, and negative energy in its twin fold F. This physical description is consistent to the group properties.
- PT-Symmetry and CPT-symmetry.
As pointed out by Souriau in 1970, all symmetry which includes a T-symmetry reverse the energy and the mass. If we consider a normal particle, with mass m and electric charge q , its CPT-symmetrical owns negative energy and mass. Feynman showed that the PT-symmetrical of a particle behaved as an antiparticle, but, according to Souriaus result, it owns negative mass and energy.. From above, we have built a new description of the Universe as composed by two twin entities. The first is a fold F, supposed to be ours, filled by matter and Dirac-antimatter, C-symmetrical with respect to the first. In the second fold F the matter-antimatter duality holds too. Its matter is CPT-symmetrical with respect to ours, while its antimatter identifies to Feynman one. As a whole, the two folds are CPT symmetrical. This goes with initial Sakharovs ideas ( [33] to [36] ). The initial work of the author, devoted to twin Universe cosmology, was published in 1977.
- Leaking neutron star model : a challenger to black hole model.
Classically the criticity of a neutron star is based on a geometrical criticity. A constant density sphere, surrounded by void can be described by two linked Schwarzschild metric (internal and external). These expressions have been give in section 7. Both become critical when the neutron stars radius tends to its associated Schwarzschild radius. Tolmann, Oppenheimer and Volkov derived ( see [52], eq. 14.22 ) a famous TOV equation giving pressure versus radial distance in a neutron star.
Fig. 28 : **Left, geometrical criticity. Right : physical criticity. **
The calculation shows that, before the geometrical conditions are reached, a physical criticity occurs : pressure tends to infinite at the centre of the star (left).
Fig. 29 : **Pressure versus radial distance in a neutron star. **
We are going now to make assumptions. In section 15 we tried to describe the primitive stage of the Universe, going backward in its past. In order to explain its great homogeneity we introduced a variation of the constants of physics, during the radiative era. By the way, this exploration is still very hazardous. We only tried to give new insights on the question : what happens when we look at the distant past of the Universe ?. I think we dont own all the keys. I will just expression an opinion. I would think that when the pressure reaches a critical value (to be determined) our Universe becomes linked to its twin which, as A.Sakharov suggested lies in its past. Although it is still confused, I admit, I think that our universe interacts with its past, which would extends over some sort of space-time bridge. Sakharov Thought that our Universe and its twin were linked. I add they would be interacting, everywhere, all the time. Thats for the arrow of time is found to be reversed in the twin, from section 19. Thats for the twins atoms seem to own a negative mass and repel ours. For us, they just live backward in time, thats for, according to Souriaus works, their apparent mass is negative. By analogy I would think that when physical criticity is reached at the centre of a neutron star, the local values of the constants of physics change drastically. Such condition would reproduce locally the Big Bang conditions. A spaced bridge would open, sucking matter at relativistic velocity. Such soft scenario would occur when the matters flux due to the solar wind of a companion star achieves critical conditions at the centre of the star. Then a steady state can be geometrically described, using the four Schwarzschild metrics. For fold F :
For the adjacent, conjugated region of the twin fold F:
One can study the geodesic systems and link them, through a space bridge whose single parameter is its area. Tiny space bridges can absorb the matter corresponding to stellar wind of a companion star, for, close to it, the density is enormous and the velocity relativistic. On figure 24 a 2d didactic image of the model.
Fig. 30 : **2d didactic image of a sleaking neutron star (SNS). **
A violent inflow of matter, due for example to more eruptive phenomena of a companion star or to the fusion of two neutron stars, forming a binary system, could produce fast opening of a space bridge, as suggested on the right of figure 24. The explanation of gamma bursts could lie there. This model challenges the black hole model. We will see further how this last is questionable. Something goes wrong with this black hole model. There are too few candidates and everybody knows that a slight error about distance evaluation can convert such black holes candidates into simple neutron stars. There is no undeniable proof of their existence. People only believe in. They always said : what could you imagine else ?. Look at the beginning of the paper. We evoked the issue of the Journal le Monde in which Fort and Meillier presented a coloured 3d map of dark matter and the journalist, enthusiastic, titled [1] : The dark matter does exist : it bends the light rays. But what about the dark clusters [2], discovered by the same people, which attract the light rays, bend it, but apparently repel the ordinary matter. If this is confirmed they would be made, as suggested by Fort, exclusively of exotic matter, and if they are, what is that stuff ? What about the acceleration of the space probes [49], that a dark matter distribution cannot explain ? Today people *need *to find giant black holes at the centre of galaxies, in order to justify the dynamical parameters of such regions. But these giants seem very silent, like sleeping beauty, dont they ? Some suggested they could be satiated black holes. How long time will we try to answer new problem just inventing new name ?
****Paper's Summary