負の質量を持つアインシュタイン方程式

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • この記事は、アインシュタインの式と現代宇宙論の課題、特に負の質量とその場の式への影響を探る。- 宇宙物理学における未解決の問題、例えば銀河の運動論、渦巻構造、欠如する質量の問題を強調している。- この記事は、理論モデル(ブラックホールや中性子星など)を観測と比較し、現在の物理学の限界を明らかにしている。

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正の質量のみを用いて、アインシュタインの式は:
(95)

**S **= c T

ここで、S は幾何学的テンソルであり、T は「エネルギー-物質」テンソルである。r(物質密度)とp(圧力)が明示的に現れる形で表すことができる。古典的相対性理論では、これらはともに正である。

ここでは、正の質量による寄与をr+とp+と呼ぶ。これらの量から構成されたテンソルをT+と呼ぶ。

負の質量密度r- < 0と負の圧力p- < 0(負の質量によるもの)は、テンソルT-をもたらす。

この場合、対応する場の式は次のようになる:

(96) S = c (T+ + T-)

現在の天文学と宇宙論における未解決問題。

これらの分野には多くの未解決問題がある。ここでは天文と宇宙論の歴史をすべて振り返らない。スペクトル法とドップラー効果の測定を組み合わせることで、星のコロナ層の化学組成と温度に関する重要なデータが得られた。

セフェイドは距離の標準として使われ、数千万光年単位の距離評価が可能である。

微分幾何学の道具により、宇宙論(場の式、計量)について新たな理解が得られ、赤方偏移現象と宇宙背景放射の説明が可能となった。

核物理学は、星の起源、働き方、進化に関するモデルを生み出し(ただし、前節で見た太陽ニュートリノの欠如がこれらのモデルに深刻な問題をもたらしていることを確認した)、宇宙における初期ヘリウムの存在と相対的な豊度を説明している。

しかし:

  • 我々は銀河の運動を説明する理論的モデルを持っていない。この分野では、我々のアプローチは依然として完全に経験的である。

  • 銀河がどのように形成されるのか、なぜこのような特定の質量を持つのか、また時間とともにどのように進化するのかは分からない。渦巻構造は本当に理解されていない。その実際の起源はまだ論争中である。

  • すべての銀河は何十億年もの間爆発しているはずである(欠損質量効果)。回転曲線、特に高い周辺速度は依然として謎である。

  • 銀河のクラスタにおいても同様の欠損質量問題がある。

  • 許多の銀河は非常に不規則である。数年前、イギリスの天文学者ジェームズ・ジーンズ氏は次のように言っていました:

「このような歪んだパターンを見たとき、我々は完全に未知の力が原因であると考えずにはいられない。」 * * - ハッブル定数の測定と、我々の銀河で最も古い星(例えばハーキュリスの球状星団)の推定年齢を比較すると、宇宙の年齢に関する問題のように思える。

  • 宇宙のVLS(非常に大きな構造)は依然として未解決の問題である。銀河が1億光年の広がりを持つ巨大な空洞の周囲にどのように配置されているのか分からない。

  • クエーサーのエネルギー源はまだ不明である。

  • ハルトン・アープは、赤方偏移がハッブルの法則に反する銀河のシステムを多数発見した。

  • 「ガンマフラッシュ」の性質:不明。

  • 中性子星は予測され、何百もの中性子星が発見された。このモデルには臨界質量があり、約2.5太陽質量である。この質量を超える中性子星は存在できない。なぜなら、内部の圧力が重力とバランスを取れず、物体が崩壊してしまうからである。

このような条件は、宇宙のどこかに存在するはずである。例えば、中性子星同士の衝突によって生じる。古典的な答えは「古典的ブラックホール」である。一部の天文学者は、このような物体ですべての現象を説明しようとする。銀河の中心や銀河クラスタの中心には巨大ブラックホールが「存在しなければならない」。これらはクエーサー現象を「説明」し、ほぼすべてを「説明」する。

しかし、直接観測は非常に稀である。なぜこれほど候補が少ないのか?

実際に存在する物体は、ある程度時間が経つと、天文学者は多くのものを発見する。例:超新星、回転する中性子星(パルサー)。なぜブラックホールの候補はこれほど少ないのか?

さらに、ブラックホールの幾何学は、アインシュタイン方程式の第二項がゼロになるとき、つまりT = 0のときの解である。これは、この解が「エネルギー-物質が存在しない」宇宙の一部を記述していることを意味する。場の式は次のように簡略化される:
(97)

**S **= 0

  • クラシカルモデルに戻る。初期の宇宙(宇宙背景放射によって描写される)がなぜ非常に均一に見えるのか?モデルによれば、初期には宇宙の粒子は相互作用できなかった。なぜなら、「ホライズン」ctがそれらの平均距離より小さかったからである。では、今日観測される驚くほど均一な宇宙背景放射の原因は何だったのか?

  • 「時間」は「t=0」に近いところで何を意味するのか?この質問には意味があるのか?

過去の最も遠い時期に遡ると、物理学者は高エネルギー状態に到達し、彼らが直面する問題は現在の高エネルギー物理学の危機と似ている:

- 私たちは何について話しているのか? - アインシュタイン方程式が標準モデルを支えているが、電磁気現象を考慮していない可能性がある。重力と光の理論との関係はまだ確立されていない。量子世界と重力との間のギャップ(重力子とは何か?)も依然として存在する。

50年の無物理。

このタイトルは非常に挑発的である。現在の技術的進歩は非常に印象的である。理論物理学者たちは「万物の理論(TOE)」を夢見る。量子力学の成功が研究者を誤った方向に導いた。粒子の質量を予測する手段がないことを知っているだろうか?クォークモデルはプトレマイオスの体系に似ている。

何世紀も前、プトレマイオスは、天の動きを円の複雑なシステムで説明する方法を発見した。これは、例えば月食の予測に非常に効果的だった。最終的には48個の円を用いた。コペルニクス以前の時代である。若きスペイン国王が教師からプトレマイオスのモデルを学んだとき、次のように言った:

- ああ、もし主がすべてを作り出す前に私に相談してくれていたら、もっと単純なものを提案していたはずだ!

誤った考えは何世紀にもわたって効果的に機能することがある。それが太陽ニュートリノの欠如が非常に魅力的である理由でもある。量子力学では説明できないからである。これは量子機械が最初に故障した瞬間である。

一部の研究者は超弦理論に目を向ける。これは群論に基づく理論である。超弦理論の信奉者たちは、世界のすべてが10次元の「空間」という実体の異なる構造に対応すると考えている。1714年、ドイツの哲学者で数学者のゴットフリート・ウィルヘルム・ライプニッツは、『モノダミア』という著書で、これに似た考えを提示した。ライプニッツは「すべてはモノードでできている」と考えていた。世界はモノードの組織されたシステムであるはずだが、彼はその考えを発展させることはできなかった。

超弦理論信奉者たちは、現代的な10次元のモノードを探している。

すべてこれらは、コロラド州アスペンで最近開かれた会議のような、本当にシュルレアリスム的な議論を生み出す。科学雑誌『サイエンティフィック・アメリカン』は1996年1月号で、ジャーナリストマドフスリー・ムカージー氏が執筆した「すべてを説明する」という記事で、この会議を報道した。

10次元の宇宙を整理するこの魔法の物体を探して、人々は「星を刺した球体」や「ベクトルで突き出たハリネズミ」や「毛むくじゃらの毛虫」、5次元の膜(ロンドン・インペリアル・カレッジのダフ)などと話す。これらは「ソーセージの皮のように自分自身を転がす」ことができる。

カリフォルニア大学のジェフリー・A・ハーベイ氏は次のように叫んだ:

「それって、あなたのブラックホールが質量ゼロってこと?光の速度で動いてるの?」

「いいえ、何も持っていない、運動量もないです」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のゲイリー・T・ホロウィッツ氏は答えた。

「オオ、バカバカしい!」スタンフォード大学のレナード・サスキン氏。

「エネルギーも運動量もない、そこには何もない!」とハーベイ氏は抗議した。

「宇宙の一部の領域では、小さなドロップとして空間が存在し、そこではブラックホールが弦に、逆に弦がブラックホールになる可能性がある。我々の環境では、これらの小さなドロップは仮想宇宙を航行しているように見えるかもしれない。それらは観測される前にもうすぐ消えてしまうほど、非常に短い時間しか存在しない。」とストロミンジャー氏。

「私は個人的に、これは大変な馬鹿げた話だと思う。」とサスキン氏。

1986年、誰かが研究者に「万物の理論(TOE)」を7つの言葉で要約してほしいと頼んだ。すると彼は次のように答えた:

  • オーハー、主よ、なぜ私を放り出してくれたのですか?

すべては興味深いが、終わっていない。我々が見ているように、物理学の歴史の中で、今日ほど大きな混乱を引き起こした理論はかつてなかった。毎日10本以上の論文がこのテーマについて出版されている。そして、山がネズミを産むのか、それともネズミが山を産むのか、私たちは言うことができない。