kosmologisches Modell mit variabler Lichtgeschwindigkeit

kosmologisches Modell mit variabler Lichtgeschwindigkeit

Kosmologisches Modell mit variabler Lichtgeschwindigkeit der Gauge. Vergleich mit beobachteten Daten zu QSOs.

Jean-Pierre Petit und Maurice Viton (Laboratoire d'Astronomie Spatiale. Traverse du Siphon. 13012. Marseille)

Modern Physics Letters A Vol. 4, Nr. 23 (1989) S. 2201-2210

ZUSAMMENFASSUNG:

...Nach einem Ergänzung zu früheren Artikeln über die Gauge-Invarianz des Boltzmann-Kollisionsoperators vergleichen wir eine kürzlich veröffentlichte homogene Datenmenge zu radioaktiven QSOs, einschließlich der Winkelausdehnung und der Krümmung der Lappen, mit dem, was aus unserem neuen kosmologischen Gauge-Modell oder dem am häufigsten akzeptierten Friedmann-Modell mit q₀ = 1/2 erwartet wird. Es wird gezeigt, dass das neue Gauge-Modell eine deutlich bessere Anpassung an die Verteilung der Winkelausdehnung in Abhängigkeit vom Rotverschiebungswert sowie an die Krümmung bietet, dank einfacher Annahmen über die Mechanismen, die an der Bildung der Jets beteiligt sind.

1. EINLEITUNG

...In den Referenzen [1] und [2], hier nachfolgend Papier I und Papier II, haben wir zuvor ein kosmologisches Modell entwickelt, in dem alle sogenannten physikalischen Konstanten frei wurden, sodass wir neue physikalische Gesetze, sogenannte Gauge-Gesetze, einführen mussten, um diese Konstanten bequem zu verknüpfen:

c (Lichtgeschwindigkeit), G (Gravitation), h (Plancksches Wirkungsquantum), mₑ (Elektronmasse), mₚ, mₙ (Proton- und Neutronmasse). Es wurde zunächst gezeigt, dass die allgemeine Relativitätstheorie nicht die absolute Konstanz von G und c erfordert, sondern nur die absolute Konstanz des Verhältnisses G/c² (Einstein-Konstante der Feldgleichung). Dies gab die erste Verknüpfungsbeziehung. Die andere kam aus geometrischen Überlegungen: Wir nahmen an, dass die charakteristischen Längen wie die Jeans-Länge, die Schwarzschild-Länge und die Compton-Länge der Variation des Skalenparameters R(t) folgten.

Durch die Kombination dieser neuen physikalischen Gesetze erhielten wir die folgenden Beziehungen: (1)

(2)

mₚ = mₙ (Nukleonmasse) » R

(3)

h » R³/²

(4)

G » 1/R

(5)

V (Geschwindigkeit) » R⁻¹/²

(6)

ρ » 1/R²

Außerdem fanden wir ein einziges kosmologisches Modell mit negativer Krümmung, das indifferenterweise mit Photonen oder Materie oder einer Mischung aus beiden gefüllt ist, mit nicht-nuller Druck und folgt nur einer einzigen Regel: (7a)

...In Papier II fanden wir die Hubble-Gesetz, verursacht durch die langfristige Variation der Planckschen Konstante (die sich als wie t verändert hat) und nicht durch den Ausdehnungsprozess. In diesem Modell mit konstanter Energie führten geometrische Überlegungen dazu, dass bestimmte charakteristische Energien wie die Ionisierungsenergie wie R(t) variierten, und dies erwies sich als konsistent mit zusätzlichen Gauge-Beziehungen, die auf Elektromagnetismus angewandt wurden. Danach stellte sich heraus, dass sich die Entfernungen der Lichtquellen aus den Rotverschiebungsdaten ableiten lassen. Sie erwiesen sich als ziemlich nahe, für moderate Werte von z, den klassischen Werten, die aus einem Friedmann-Modell mit q₀ = 1/2 abgeleitet wurden, da das Verhältnis:

(7b)

nahe der Einheit bleibt, innerhalb von 5 Prozent für z ≤ 2.

2. EIN KURZER ZUSATZ ZUR GAUGE-INVARIANZ

...In Papier I, Abschnitt 5, haben wir gezeigt, dass einige grundlegende Gleichungen (Vlasov, Schrödinger, Maxwell) unter den vorgeschlagenen Gauge-Beziehungen invariant sind. Zeigen wir, dass auch der Boltzmann-Kollisionsoperator invariant ist.

Schreiben wir diese Gleichung. (8)

...f ist die Geschwindigkeitsverteilungsfunktion, g ist die relative Geschwindigkeit zweier Teilchen bei einer Begegnung, b ist eine Länge (Einfallparameter), e ein Winkel. Führen wir dimensionslose Variablen ein, durch: (9)

t = t* t ; f = f* x ; V = V* w ; g = V* g ; r = R* z

Y = (Gm/R*) j ; b = R* b

Die charakteristische Geschwindigkeitsverteilungsfunktion ist: (10)

...Gemäß den Gauge-Beziehungen, wie sie in Papier I definiert sind, variiert Gm/R* wie 1/R*. V* variiert wie 1/R¹/². m variiert wie R* (mV² ist konstant). Die Energie kT ist konstant. Zusammengefasst f * » R*⁻³/², und daher: (11)

...Eine solche Dimensionsanalyse gibt Terme an, die jeweils wie 1/t*, V*/R* = 1/R³/², 1/R³/² variieren, was erneut impliziert: (12)

R* » t*²/³

und daher die Invarianz des Boltzmann-Operators.

3. BEOBSCHTUNGSVERSUCHE.

...Nach dieser kurzen Parenthese gehen wir zu einem Vergleich zwischen verschiedenen Modellen und den radioaktiven Daten zu 134 kürzlich veröffentlichten QSOs über, die von Barthel und Miley [3, hier nachfolgend BM] gezeigt haben, dass entfernte DSOs kleinere Winkelausdehnungen, größere Krümmungen und höhere Helligkeiten als nähere Objekte haben. Wir möchten jedoch nicht hier die gegebenen intrinsischen Leistungen diskutieren, da die physikalischen Mechanismen, die an der Erzeugung der relativistischen Jets beteiligt sind, noch nicht klar verstanden sind.

...Die Situation scheint scheinbar einfacher in Bezug auf die Winkelausdehnung und die Krümmung der Radiosender, da geometrische Eigenschaften a priori in beiden Fällen hauptsächlich beteiligt sind, obwohl wir nicht ignorieren können, dass wichtige systematische Effekte im Spiel sein könnten, und wir verweisen den Leser auf die umfassende Diskussion von BM über die detaillierten Mechanismen. Kurz gesagt:

• Die Wechselwirkung mit dem intergalaktischen Medium (IGM) kann die ursprünglich kollimierten Jets sehr effektiv stören, was zur Bildung großer, turbulenter Lappen mit geringerer Reichweite führt: Wenn man annimmt, dass solche Effekte die Verteilung der Winkelausdehnung bei einem gegebenen Rotverschiebungswert erheblich verändern können, wurden von BM komplexere Mechanismen eingeführt, um die stärkere Krümmung der beobachteten Lappen bei großer Rotverschiebung zu erklären.

• Mögliche evolutionäre Effekte in allen oben erwähnten elementaren Mechanismen, einschließlich noch nicht identifizierter Gauge-Prozesse.

• Beobachtungsfehler wie der bekannte Malmquist-Effekt, der zu einer Unterschätzung der Winkelausdehnung für entfernte QSOs führt.

...Nun nehmen wir in diesem Artikel an, dass solche potenziellen Effekte in den Daten nicht dominieren, d. h., dass die Verteilung der Winkelausdehnung und der Krümmung in Abhängigkeit vom Rotverschiebungswert als guter Test für die Unterscheidung zwischen verschiedenen kosmologischen Modellen betrachtet werden kann, und zeigen, dass das neue Gauge-Modell eine bessere Anpassung an diese Verteilungen bietet als die klassischen Modelle.

3a Die Winkelausdehnung.

...Die Winkelausdehnung extragalaktischer Objekte wurde oft als mächtiger Test für kosmologische Modelle betrachtet. Sei der Index 1 mit der Epoche der Emission und der Index 2 mit der Empfangszeit verbunden: Da das Licht, das von den Rändern einer Quelle zum Zeitpunkt t₁ emittiert wird, radiale Bahnen folgt, bleibt die Winkelausdehnung f für einen aktuellen Beobachter erhalten, sodass wir klassisch schreiben können, unabhängig vom Modell:

(13)

wobei D(t₁) der lineare Durchmesser der Quelle und d(t₁) ihre metrische Entfernung ist.

Im klassischen Friedmann-Modell mit q₀ = 1/2 (das berühmte Einstein-de-Sitter-Modell)

D(t₁) = D konstant

R(t₁) = R(t₂) / (1 + z)

und d(t₁) = R(t₁) u, wobei:

(14)

und daher ein gewisser Paradoxon entsteht, da die Winkelausdehnung folgt:

(15)

Diese Funktion hat ein Minimum bei z = 1,25 und neigt dann linear mit z zu wachsen.

Jetzt haben wir im neuen Gauge-Modell

D(t₁) = D(t₂)/(1+z),

R(t₁) = R(t₂)/(1+z)

und d(t₁) = R(t₁) u auch

aber mit:

(16)

und die Winkelausdehnung folgt:

(17)

Wenn z gegen Unendlich geht, geht f gegen eine Konstante, ein deutlich unterschiedliches Verhalten und in qualitativer Übereinstimmung mit den Daten.

(18)

Abbildung 18: Die größte Winkelausdehnung (LAS, in Bogensekunden), auf einer logarithmischen Skala in Abhängigkeit vom Rotverschiebungswert für die 95 ausgedehnten Quellen mit "T", "D1" und "D2"-Morphologien (Quadrate) und die 33 kompakten Quellen mit "SSC"-Morphologie (Sternchen). Die beiden Kurven stellen die Anpassungen des Gauge-Modells (kontinuierliche Linie) und des Einstein-de-Sitter-Modells (gestrichelte Linie) dar, die für die ausgedehnten Quellen in diesem Artikel erzielt wurden. Drei weitere sehr große Radiosender werden als Vergleich gezeigt. 4C41.17 ist die am weitesten entfernte Galaxie, die derzeit bekannt ist, 4C74.26 ist der größte Radiosender, der mit einem Quasar verbunden ist.

...Um die Qualität der Anpassung der beiden Modelle an die Daten quantitativ zu vergleichen, schreiben wir f = f₀f(z), wobei f(z) eine charakteristische Funktion ist, die von jedem Modell vorhergesagt wird. Lineare Regressionen wurden zwischen f(z) und den Daten der "größten Winkelausdehnung" [LAS nach BM] durchgeführt, sowohl für die gesamte Stichprobe von 134 QSOs als auch für eine reduzierte Stichprobe von 83 QSOs, in der nur Objekte mit doppelseitigen Lappen ausgewählt wurden, also solche mit den "T"- oder "D1"-Morphologien, die von BM definiert wurden, wodurch die harten Spektrumkerne oder "SSC" und die einseitigen Lappen oder "D2"-Quellen ausgeschlossen wurden, um eventuell unterschiedliche Eigenschaften zwischen kompakten und ausgedehnten Quellen zu testen. Die Ergebnisse der Regressionen sind wie folgt, alle gegebenen linearen Koeffizienten und ihre RMS-Fehlerbalken sind in Bogensekunden angegeben:

• mit dem Einstein-de-Sitter-Modell:

F = (28,8 ± 2,9) f(z) - (89,3 ± 20,1)

für die gesamte Stichprobe, und

F = (31,3 ± 3,3) f(z) - (90,5 ± 20,8)

für die reduzierte Stichprobe.

• mit dem Gauge-Modell:

F = (21,5 ± 2,11) f(z) - (19,1 ± 19,6)

für die gesamte Stichprobe, und:

F = (24,3 ± 2,3) f(z) - (17,3 ± 19,8)

für die reduzierte Stichprobe.

...Es ist klar, dass das neue Gauge-Modell eine deutlich bessere Anpassung an die Daten bietet, da unabhängig von der Stichprobe der moderate konstante Term, den es impliziert, statistisch nur marginal signifikant ist, und daher ist der (erwartete) Wert null sehr wahrscheinlich. Die Situation ist völlig anders mit dem klassischen Modell, unabhängig von der Stichprobe, da der konstante Term statistisch stark signifikant ist und sein großer, negativer Wert aus theoretischen Gründen nicht akzeptabel ist, es sei denn, man nimmt an, dass starke systematische Effekte, wie die oben vermuteten, in den Daten im Spiel sind.

3b. Die Krümmung.

...Zeigen wir auch, dass die stärker gekrümmte, verformte Erscheinung der entfernten QSOs, die von BM hervorgehoben wurde, seltsamerweise durch das neue Gauge-Modell erklärt werden kann, vorausgesetzt, es handelt sich nicht um ein Artefakt, das durch verschiedene systematische Effekte entstanden ist. Da im neuen Modell angenommen wird, dass alle Energien während des kosmischen Gauge-Prozesses erhalten bleiben, können wir die Erhaltung der Rotationsenergie des QSO-Kerns, der die Jets emittiert, einbeziehen: (19)

Da m » R, I » R³ und W » R⁻³/² W » 1/t » (1 + z)³/², in seltsamer Übereinstimmung mit der ein-dimensionalen unteren Anpassung, die BM auf der reduzierten Stichprobe durchgeführt hat (da die Krümmung nur in diesem letzteren Fall definiert ist), nämlich:

(20)

Abbildung 21: Die Krümmung (in Grad) auf einer logarithmischen Skala in Abhängigkeit vom Rotverschiebungswert für die 83 ausgedehnten Quellen mit "T" und "D1"-Morphologien, für die sie definiert ist. Die kontinuierliche Kurve entspricht der Anpassung des Gauge-Modells, was darauf hindeutet, dass die Winkelgeschwindigkeiten in der Vergangenheit höher waren, während die gestrichelte Linie die Anpassung in der Potenzgesetzform von Barthel und Miley (BM) darstellt.

...Nun schlagen wir eine grobe Erklärung vor, verweisend auf die kürzliche Analyse von Greyber [5] über die Natur der zentralen Motoren in QSOs, die für ihre riesigen Energieproduktionsraten verantwortlich sind: Wenn wir annehmen, dass (i) Plasma-Blobbe aus dem zentralen Motor mit hoher Geschwindigkeit, kontinuierlich oder nicht, entlang des magnetischen Dipol-Achs der QSOs ausgestoßen werden und (ii) dass dieser letztere in der Regel nicht mit dem Drehimpuls-Achs übereinstimmt, dann stehen wir einem Modell ähnlich einem rotierenden "Garten-Sprinkler" gegenüber, in dem die Jets in eine Art Archimedische Spirale gekrümmt werden, solange die Wechselwirkung mit dem IGM vernachlässigbar bleibt. Und selbst wenn diese Wechselwirkung bei einer gewissen Entfernung vom Kern signifikant wird, werden die Jets dort aufhören, sich auszudehnen, was zu einer Erhöhung der Krümmung führt. Da es keinen Grund gibt, warum die IGM-Dichte sphärisch um QSOs verteilt sein sollte, könnten solche Wechselwirkungen die häufigen Asymmetrien in ihren Jets erklären sowie zufällige Effekte auf die gesamte Krümmung, wie von BM diskutiert.

...Daher ist, je höher der Rotverschiebungswert des QSOs, desto höher seine Winkelgeschwindigkeit aufgrund des kosmischen Gauge-Prozesses und daher desto größer die Krümmung seiner Jets.

4. SCHLUSSFOLGERUNG.

...Wir haben uns auf spezifische Merkmale konzentriert, die kürzlich in der Verteilung der Winkelausdehnung und der Krümmung in Abhängigkeit vom Rotverschiebungswert für eine homogene Menge von 134 radioaktiven QSOs hervorgehoben wurden. Wir fanden es interessant, dass unser Gauge-Modell mit "variablen Konstanten" eine bessere Anpassung an diese Verteilungen bietet als das klassische Einstein-de-Sitter-Modell, vorausgesetzt, (i) dass die beobachteten Trends (kleinere Winkelausdehnung und größere Krümmung für entfernte QSOs) durch zukünftige Beobachtungen bestätigt werden, (ii) dass diese Trends nicht von verschiedenen Effekten oder Artefakten dominiert werden, und (iii) dass die groben Annahmen, die über einige der beteiligten Mechanismen getroffen wurden, real sind. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen zu der intrinsischen Leistung dieser Quellen notwendig, um zu verstehen, ob das Gauge-Modell eine bessere Erklärung der beobachteten Trends ermöglicht, d. h., ob die Helligkeit entfernter QSOs tatsächlich viel größer ist als die von nahegelegenen QSOs.

5. REFERENZEN.

[1] J.P. PETIT : Interpretation des kosmologischen Modells mit variabler Lichtgeschwindigkeit. Modern Physics Letters A, Vol. 3, Nr. 16, November 1988

[2] J.P. PETIT : Kosmologisches Modell mit variabler Lichtgeschwindigkeit. Die Interpretation der Rotverschiebungen. Modern Physics Letters A, Vol. 3, Nr. 18, Dezember 1988.

[3] P.D. BARTHEL & G. K. MILEY. Entwicklung der Radiostuktur in Quasaren: ein neuer Sonde der Proto-Galaxien? - Nature Vol 333, 26. Mai 1988.

[4] M.L. NORMAN, J.O. BURNS und M.E. SULKANEN : Störung der galaktischen Radiojets durch Schocks im Umgebungsmittel, Nature 335 (1988) 146.

[5] H.D. GREYBER : Die Bedeutung starker Magnetfelder im Universum, Comments Astrophys. 13 (1989) 201.