univers gemelos contra materia oscura, materia negra, energía oscura y constante cosmológica
- ¿De qué podría estar compuesta la materia gemela.
La física teórica está en crisis desde hace más de 30 años. Muchos artículos se publicaron hace muchos años sobre el monopolio magnético, pero ninguno apareció. La existencia de los socios supersimétricos aún no ha sido probada. Nadie sabe qué es un "gravitón". Cuando los científicos intentaron demostrar la desintegración del protón, este no cooperó. Casi todo lo que aportan los nuevos telescopios sigue siendo un misterio completo. Nadie sabe qué son los QSO, los destellos gamma y cómo funciona. Los enormes agujeros negros son extrañamente silenciosos, y así sucesivamente. La teoría de las supercuerdas no es otra cosa que una nueva moda, a pesar de miles de artículos publicados en este "nuevo campo". El mundo de las supercuerdas es un terreno de juego extraño donde la física parece desesperadamente ausente. A continuación, damos la primera descripción geométrica de la antimateria. Como dice J.M. Souriau, la teoría de grupos es la herramienta más fundamental que tenemos para tratar los fenómenos físicos. Una acción natural de un grupo de Lie es su acción coaduyente sobre su álgebra de Lie, tal como fue introducida por J.M. Souriau en 1970 [53]. La dimensión de un grupo G es el número de parámetros de los que depende. También es el número de componentes de su momento J. El grupo de Lorentz L es un grupo de seis dimensiones, que posee cuatro componentes conexas. Introduzcamos el grupo de cuatro elementos omega, en su representación matricial (a). Podemos entonces construir el grupo de Lorentz completo L a partir de su componente neutra Ln, mediante un producto directo de grupos (b), donde (c) es la representación matricial. Un nuevo producto semidirecto
(d) da el grupo de Poincaré. Introduzcamos el cuadrivector de evento (e) y el vector de traslación en el espacio-tiempo C : (f). Podemos dar una representación matricial (g) del elemento de Poincaré. En (h) su acción sobre el espacio-tiempo. Pero esta oculta una acción más importante: la acción coaduyente del grupo sobre su espacio de momento de diez componentes J (el grupo de Poincaré posee diez dimensiones). Souriau escribe este momento:
J = { E , p , f , l }
E es la energía, p el impulso, f el "paso" y l el spin. Es conveniente introducir, siguiendo a Souriau, una matriz antisimétrica M: (a) y el cuadrivector impulso-energía **P **: (b). El cálculo del dual de la acción del grupo sobre su álgebra de Lie da la acción sobre el momento { (c) , (d) }.
Ahora, si queremos evidenciar las simetrías I , P , T y PT, elegimos (e) y (f). La acción coaduyente se convierte entonces en { (g) , (h) }, lo que da:
Como señaló J.M. Souriau en 1970, con las matrices (c) construimos el subgrupo ortocrónico Po: (d), compuesto por dos componentes conexas: la neutra Pn y la de la simetría espacial Ps. Los términos de estas dos componentes no cambian el signo de la energía E. Por el contrario, las matrices (e) producen el subconjunto antícrono, cuyos términos invierten el signo de la energía, de modo que la inversión del tiempo va acompañada de la inversión de la energía, es decir, la inversión de la masa, si las partículas poseen una. En conclusión, vemos que la masa negativa y la energía negativa surgen de la descripción dinámica del grupo de Poincaré, en relación con los movimientos relativistas puntuales. Ahora vamos a extender el grupo de Poincaré, considerando:
Introducimos la matriz (a) y (b). Luego, damos una representación matricial del grupo, actuando (e) sobre un fibrado Z 2 x U(1) x R4. En (f), obtenemos la expresión geométrica de la simetría C. La quinta dimensión (c) es compacta. Así, todo elemento del grupo correspondiente a las elecciones (f) implica una
simetría con respecto a la recta indicada. El cálculo de la acción coaduyente del grupo sobre su momento no presenta dificultades particulares. Como señaló Souriau en 1970, la adición de una dimensión compacta q va acompañada de una cuantificación de un escalar adicional, identificado a la carga eléctrica q. La acción sobre la parte del momento correspondiente a Poincaré no cambia. La acción sobre la carga eléctrica da:
Las partículas se describen en términos de órbitas del grupo. Algunas tienen energía positiva, otras energía negativa. f puede considerarse como un índice de pliegue.
f = +1 se refiere al pliegue F; f = -1 se refiere al pliegue F
Obtenemos una estructura geométrica gemela. La acción es simplemente:
f = n f
Esto puede resumirse en la figura 21.
Fig. 27 : Impacto de las simetrías en las componentes del momento.
Tenga en cuenta que ( nu = - 1 ) se refiere a los términos antícronos del grupo. Una partícula y su movimiento corresponden a un elemento particular del momento. Los términos antícronos transforman los movimientos ortocrónicos en movimientos antícronos e invierten la masa y la energía. Como el espacio-tiempo está compuesto por dos pliegues separados F y F, los encuentros de partículas de energía opuesta pueden evitarse si colocamos las partículas de energía positiva en un pliegue, por ejemplo F, y las de energía negativa en su pliegue gemelo F. Esta descripción física es coherente con las propiedades del grupo.
- Simetría PT y simetría CPT.
Como señaló Souriau en 1970, todas las simetrías que incluyen una simetría T invierten la energía y la masa. Si consideramos una partícula normal, con masa m y carga eléctrica q, su simétrica CPT tiene energía y masa negativas. Feynman mostró que la simétrica PT de una partícula se comportaba como una antipartícula, pero, según el resultado de Souriau, tiene masa y energía negativas. Según lo anterior, hemos construido una nueva descripción del Universo como compuesta por dos entidades gemelas. La primera es un pliegue F, supuestamente el nuestro, lleno de materia y antimateria de Dirac, C-simétrica con respecto al primero. En el segundo pliegue F, la dualidad materia-antimateria también es válida. Su materia es CPT-simétrica con respecto a la nuestra, mientras que su antimateria corresponde a la de Feynman. En conjunto, los dos pliegues son CPT-simétricos. Esto se inscribe en las ideas iniciales de Sakharov ([33] a [36]). El trabajo inicial del autor, dedicado a la cosmología del Universo gemelo, fue publicado en 1977.
- Modelo de estrella de neutrones fugaz: un competidor del modelo de agujero negro.
Clásicamente, la criticidad de una estrella de neutrones se basa en una criticidad geométrica. Una esfera de densidad constante, rodeada de vacío, puede describirse mediante dos métricas de Schwarzschild vinculadas (interna y externa). Estas expresiones se dieron en la sección 7. Ambas se vuelven críticas cuando el radio de la estrella de neutrones tiende a su radio de Schwarzschild asociado. Tolmann, Oppenheimer y Volkov derivaron (ver [52], ecuación 14.22) una famosa "ecuación TOV" que da la presión en función de la distancia radial en una estrella de neutrones.
Fig. 28 : **Izquierda, criticidad geométrica. Derecha: criticidad física. **
El cálculo muestra que, antes de que se alcancen las condiciones geométricas, ocurre una criticidad física: la presión tiende al infinito en el centro de la estrella (izquierda).
Fig. 29 : **Presión en función de la distancia radial en una estrella de neutrones. **
Ahora haremos suposiciones. En la sección 15, intentamos describir la etapa primitiva del Universo, retrocediendo en su pasado. Para explicar su gran homogeneidad, introdujimos una variación de las constantes de la física durante la época radiativa. Por cierto, esta exploración sigue siendo muy arriesgada. Solo intentamos ofrecer nuevas perspectivas sobre la cuestión: "¿qué ocurre cuando miramos el pasado lejano del Universo?". Creo que no tenemos todas las claves. Solo expresaré una opinión. Creo que cuando la presión alcanza un valor crítico (por determinar), nuestro Universo se conecta con su gemelo, que, como sugirió A. Sakharov, "descansa en su pasado". Aunque aún es confuso, admito que creo que nuestro Universo interactúa con su pasado, que se extendería sobre un tipo de puente espacio-temporal. Sakharov pensaba que nuestro Universo y su gemelo estaban conectados. Añado que interactuarían en todas partes, todo el tiempo. Por eso, la flecha del tiempo se encuentra invertida en el gemelo, según la sección 19. Por eso, los átomos del gemelo parecen tener masa negativa y repelen los nuestros. Para nosotros, simplemente viven al revés en el tiempo, por eso, según los trabajos de Souriau, su masa aparente es negativa. Por analogía, creo que cuando se alcanza la criticidad física en el centro de una estrella de neutrones, los valores locales de las constantes de la física cambian radicalmente. Esta condición reproduciría localmente las condiciones del "Big Bang". Se abriría un puente espacial, atrayendo materia a velocidad relativista. Este "escenario suave" ocurriría cuando el flujo de materia debido al viento solar de una estrella compañera alcanza condiciones críticas en el centro de la estrella. Entonces, se podría describir geométricamente un estado estacionario, usando las cuatro métricas de Schwarzschild. Para el pliegue F:
Para la región adyacente, conjugada del pliegue gemelo F:
Se pueden estudiar los sistemas geodésicos y relacionarlos mediante un puente espacial cuyo único parámetro es su área. Pequeños puentes espaciales pueden absorber la materia correspondiente al viento estelar de una estrella compañera, ya que, cerca de ella, la densidad es enorme y la velocidad es relativista. En la figura 24, una imagen didáctica en 2D del modelo.
Fig. 30 : **Imagen didáctica en 2D de una estrella de neutrones fugaz (SNS). **
Un flujo violento de materia, debido, por ejemplo, a fenómenos más eruptivos de una estrella compañera o a la fusión de dos estrellas de neutrones formando un sistema binario, podría provocar una apertura rápida de un puente espacial, como se sugiere a la derecha de la figura 24. La explicación de los destellos gamma podría estar allí. Este modelo cuestiona el modelo de agujero negro. Veremos más adelante por qué este último es discutible. Hay algo que no va bien con este modelo de agujero negro. Hay demasiados candidatos y todos saben que un pequeño error en la evaluación de la distancia puede convertir a estos candidatos en simples estrellas de neutrones. No existe ninguna prueba irrefutable de su existencia. La gente solo creé en ellos. Siempre dicen: "¿qué podría imaginar otro?". Mire el comienzo del artículo. Hemos mencionado el número del periódico Le Monde en el que Fort y Meillier presentaron un mapa en 3D en color de la materia oscura, y el periodista, entusiasmado, tituló [1]: "La materia oscura existe: curva los rayos de luz". Pero ¿qué decir de los "amalgamas oscuras" [2], descubiertos por las mismas personas, que "atraen los rayos de luz, los curvan, pero aparentemente repelen la materia ordinaria"? Si esto se confirma, estarían compuestos, como sugiere Fort, exclusivamente de "materia exótica", y si es así, ¿qué es esa sustancia? ¿Qué decir de la aceleración de las sondas espaciales [49], que no se puede explicar con la distribución de materia oscura? Hoy en día, la gente necesita encontrar gigantescos agujeros negros en el centro de las galaxias, para justificar los parámetros dinámicos de esas regiones. Pero estos gigantes parecen muy silenciosos, como una bella durmiente, ¿no? Algunos sugirieron que podrían ser "agujeros negros satisfechos". ¿Cuánto tiempo más seguiremos respondiendo a nuevos problemas inventando simplemente nuevos nombres?
Versión original (inglés)
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