universi gemelli contro materia oscura, materia nera, energia oscura e costante cosmologica
- Di cosa potrebbe essere composta la materia gemella.
La fisica teorica è in crisi da più di 30 anni. Molti articoli sono stati pubblicati molti anni fa sul monopolo magnetico, ma nessuno è apparso. L'esistenza dei partner supersimmetrici non è ancora stata provata. Nessuno sa cosa sia un "gravitone". Quando i ricercatori hanno cercato di evidenziare la decadenza del protone, questo non ha collaborato. Quasi tutto ciò che i nuovi telescopi portano resta ancora un mistero completo. Nessuno sa cosa siano i QSO, i lampi gamma e come funzionino. I grandi buchi neri sono stranamente silenziosi, e così via. La teoria delle stringhe non è altro che una nuova moda, nonostante migliaia di articoli pubblicati in questo "nuovo campo". Il mondo delle stringhe è un terreno di gioco strano dove la fisica sembra disperatamente assente. Di seguito, diamo la prima descrizione geometrica dell'antimateria. Come dice J.M. Souriau, la teoria dei gruppi è lo strumento più fondamentale che abbiamo per trattare i fenomeni fisici. Un'azione naturale di un gruppo di Lie è la sua azione coaggiunta sul suo algebre di Lie, come introdotta da J.M. Souriau nel 1970 [53]. La dimensione di un gruppo G è il numero di parametri da cui dipende. È anche il numero di componenti del suo momento J. Il gruppo di Lorentz L è un gruppo a sei dimensioni, che possiede quattro componenti connesse. Introduciamo il gruppo a quattro elementi omega, nella sua rappresentazione matriciale (a). Possiamo quindi costruire il gruppo di Lorentz completo L a partire dalla sua componente neutra Ln, attraverso un prodotto diretto di gruppi (b), dove (c) è la rappresentazione matriciale. Un nuovo prodotto semidiretto
(d) dà il gruppo di Poincaré. Introduciamo il quadrivettore di evento (e) e il vettore di traslazione nello spazio-tempo C : (f). Possiamo dare una rappresentazione matriciale (g) dell'elemento di Poincaré. In (h) la sua azione sullo spazio-tempo. Ma questa maschera un'azione più importante: l'azione coaggiunta del gruppo sul suo spazio a dieci componenti del momento J (il gruppo di Poincaré ha dieci dimensioni). Souriau scrive questo momento:
J = { E , p , f , l }
E è l'energia, p la quantità di moto, f il "passaggio" e l il momento angolare. È conveniente introdurre, seguendo Souriau, una matrice antisimmetrica M : (a) e il quadrivettore quantità di moto-energia **P **: (b). Il calcolo del duale dell'azione del gruppo sulla sua algebra di Lie dà l'azione sul momento { (c) , (d) }.
Ora, se vogliamo evidenziare le simmetrie I , P , T e PT, scegliamo (e) e (f). L'azione coaggiunta diventa allora { (g) , (h) }, che dà:
Come ha sottolineato J.M. Souriau nel 1970, con le matrici (c) costruiamo il sottogruppo ortocrono Po : (d), composto da due componenti connesse: quella neutra Pn e quella della simmetria spaziale Ps. I termini di queste due componenti non cambiano il segno dell'energia E. Al contrario, le matrici (e) producono l'insieme anticrono, i cui termini invertono il segno dell'energia, in modo che l'inversione del tempo vada di pari passo con l'inversione dell'energia, cioè l'inversione della massa, se le particelle ne possiedono una. In conclusione, vediamo che la massa negativa e l'energia negativa emergono dalla descrizione dinamica del gruppo di Poincaré, in relazione ai movimenti relativistici puntuali. Ora estenderemo il gruppo di Poincaré, considerando:
Introduciamo la matrice (a) e (b). Successivamente, diamo una rappresentazione matriciale del gruppo, che agisce (e) su un fibrato Z 2 x U(1) x R4. In (f), otteniamo l'espressione geometrica della simmetria C. La quinta dimensione (c) è compatta. Così, ogni elemento del gruppo corrispondente alle scelte (f) implica una
simmetria rispetto alla retta indicata. Il calcolo dell'azione coaggiunta del gruppo sul suo momento non presenta difficoltà particolari. Come ha sottolineato Souriau nel 1970, l'aggiunta di una dimensione compatta q va di pari passo con una quantizzazione di uno scalare aggiuntivo, identificato alla carica elettrica q. L'azione sulla parte del momento relativa a Poincaré non cambia. L'azione sulla carica elettrica dà:
Le particelle sono descritte in termini di orbite del gruppo. Alcune hanno energia positiva, altre energia negativa. f può essere considerato come un indice di piega.
f = +1 si riferisce alla piega F; f = -1 si riferisce alla piega F
Otteniamo una struttura geometrica gemella. L'azione è semplicemente:
f = n f
Questo può essere riassunto nella figura 21.
Fig. 27 : Impatto delle simmetrie sulle componenti del momento.
Notare che ( nu = - 1 ) si riferisce ai termini anticroni del gruppo. Una particella e il suo movimento corrispondono a un elemento particolare del momento. I termini anticroni trasformano i movimenti ortocroni in movimenti anticroni e invertendo massa ed energia. Poiché lo spazio-tempo è composto da due pieghe separate F e F, le interazioni di particelle con energia opposta possono essere evitate se collocando le particelle con energia positiva in una piega, ad esempio F, e quelle con energia negativa nella loro piega gemella F. Questa descrizione fisica è coerente con le proprietà del gruppo.
- Simmetria PT e simmetria CPT.
Come ha sottolineato Souriau nel 1970, tutte le simmetrie che includono una simmetria T invertono l'energia e la massa. Se consideriamo una particella normale, con massa m e carica elettrica q, la sua simmetrica CPT ha energia e massa negative. Feynman ha dimostrato che la simmetrica PT di una particella si comportava come un'antiparticella, ma, secondo il risultato di Souriau, essa ha massa e energia negative. Dal precedente, abbiamo costruito una nuova descrizione dell'Universo come composto da due entità gemelle. La prima è una piega F, supposta essere la nostra, piena di materia e antimateria di Dirac, C-simmetrica rispetto alla prima. Nella seconda piega F, la dualità materia-antimateria vale anche. La sua materia è CPT-simmetrica rispetto alla nostra, mentre la sua antimateria corrisponde a quella di Feynman. Insieme, le due pieghe sono CPT-simmetriche. Questo si inquadra nelle idee iniziali di Sakharov ( [33] a [36] ). Il lavoro iniziale dell'autore, dedicato alla cosmologia dell'Universo gemello, è stato pubblicato nel 1977.
- Modello di stella neutronica fuggente: un concorrente del modello di buco nero.
Classicamente, la criticità di una stella neutronica si basa su una criticità geometrica. Una sfera a densità costante, circondata da vuoto, può essere descritta da due metriche di Schwarzschild collegate (interna ed esterna). Queste espressioni sono state date nella sezione 7. Entrambe diventano critiche quando il raggio della stella neutronica tende al suo raggio di Schwarzschild associato. Tolmann, Oppenheimer e Volkov hanno derivato (vedere [52], equazione 14.22) una celebre "equazione TOV" che dà la pressione in funzione della distanza radiale in una stella neutronica.
Fig. 28 : **Sinistra, criticità geometrica. Destra: criticità fisica. **
Il calcolo mostra che, prima che siano raggiunte le condizioni geometriche, si verifica una criticità fisica: la pressione tende all'infinito al centro della stella (sinistra).
Fig. 29 : **Pressione in funzione della distanza radiale in una stella neutronica. **
Ora faremo delle ipotesi. Nella sezione 15 abbiamo cercato di descrivere la fase primitiva dell'Universo, tornando indietro nel suo passato. Per spiegare la sua estrema omogeneità, abbiamo introdotto una variazione delle costanti della fisica durante l'epoca radiativa. Per inciso, questa esplorazione rimane ancora molto rischiosa. Abbiamo semplicemente cercato di offrire nuove prospettive sulla domanda: "cosa succede quando si guarda il passato lontano dell'Universo?". Penso che non disponiamo di tutte le chiavi. Esprimerò semplicemente un'opinione. Penso che quando la pressione raggiunga un valore critico (da determinare), il nostro Universo diventi collegato al suo gemello, che, come ha suggerito A. Sakharov, "riposa nel suo passato". Anche se rimane confuso, ammetto che penso che il nostro Universo interagisca con il suo passato, che si estenderebbe su un certo tipo di ponte spazio-temporale. Sakharov pensava che il nostro Universo e il suo gemello fossero collegati. Aggiungo che interagirebbero ovunque, in ogni momento. Per questo la freccia del tempo è trovata invertita nel gemello, secondo la sezione 19. Per questo gli atomi del gemello sembrano avere massa negativa e respingono i nostri. Per noi, vivono semplicemente al contrario nel tempo, per cui, secondo i lavori di Souriau, la loro massa apparente è negativa. Per analogia, penso che quando la criticità fisica sia raggiunta al centro di una stella neutronica, i valori locali delle costanti della fisica cambino radicalmente. Una tale condizione riprodurrebbe localmente le condizioni del "Big Bang". Si aprirebbe un ponte spaziale, aspirando la materia a velocità relativistica. Questo "scenario dolce" si verificherebbe quando il flusso di materia dovuto al vento solare di una stella compagna raggiunge condizioni critiche al centro della stella. Allora, uno stato stazionario può essere descritto geometricamente utilizzando le quattro metriche di Schwarzschild. Per la piega F:
Per la regione adiacente, coniugata della piega gemella F:
Si può studiare i sistemi geodetici e collegarli attraverso un ponte spaziale il cui unico parametro è la sua area. Piccoli ponti spaziali possono assorbire la materia corrispondente al vento stellare di una stella compagna, poiché, vicino, la densità è enorme e la velocità relativistica. Nella figura 24, un'immagine didattica in 2D del modello.
Fig. 30 : **Immagine didattica in 2D di una stella neutronica fuggente (SNS). **
Un afflusso violento di materia, dovuto ad esempio a fenomeni più esplosivi di una stella compagna o alla fusione di due stelle neutroniche che formano un sistema binario, potrebbe provocare un'apertura rapida di un ponte spaziale, come suggerito a destra della figura 24. L'esplicazione degli sciami gamma potrebbe trovarsi lì. Questo modello mette in discussione il modello di buco nero. Vedremo in seguito perché quest'ultimo è discutibile. C'è qualcosa che non va con questo modello di buco nero. C'è troppo pochi candidati e tutti sanno che un piccolo errore nell'valutazione della distanza può trasformare questi candidati in semplici stelle neutroniche. Non esiste alcuna prova irrefutabile della loro esistenza. La gente non fa altro che credere in loro. Dicono sempre: "Cosa potreste immaginare d'altro?". Guardate l'inizio dell'articolo. Abbiamo menzionato il numero del giornale Le Monde in cui Fort e Meillier presentavano una mappa in 3D a colori della materia oscura, e il giornalista, entusiasta, titolò [1]: "La materia oscura esiste: curva i raggi luminosi". Ma cosa dire degli "ammassi oscuri" [2], scoperti dalle stesse persone, che "attirano i raggi luminosi, li curvano, ma sembrano respingere la materia ordinaria"? Se questo fosse confermato, sarebbero costituiti, come suggerisce Fort, esclusivamente di "materia esotica", e se così fosse, che cosa sarebbe questa sostanza? Cosa dire dell'accelerazione delle sonde spaziali [49], che non può essere spiegata dalla distribuzione della materia oscura? Oggi la gente ha bisogno di trovare giganteschi buchi neri al centro delle galassie, per giustificare i parametri dinamici di queste aree. Ma questi giganti sembrano molto silenziosi, come una bella addormentata, non è vero? Alcuni hanno suggerito che potrebbero essere "buchi neri saziati". Per quanto tempo continueremo a rispondere a nuovi problemi inventando semplicemente nuovi nomi?
Versione originale (inglese)
universi gemelli contro materia oscura , materia nera, energia oscura e costante cosmologica
- **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