двойной мир против темной материи, темной энергии и космологической постоянной
- Радиационная эра..
Идея в том, что так называемые физические постоянные ведут себя как абсолютные постоянные в эпоху материи, но резко меняются в радиационной эпохе. Это может показаться очень искусственным, но эта идея может решить проблему однородности ранней Вселенной, как недавно подчеркнули несколько авторов, таких как Magueijo (1999), хотя автор открыл это 13 лет назад, в конце 80-х годов ([44],[45], [46]) и позже развил ( [4] и [47] ). Во-первых, отметим, что выбор временного маркера t остается произвольным. Это ничего не значит, кроме «способа, которым мы думаем, что это произошло». Абсолютное время не имеет смысла в космологии. Ни одно явление не «существует», если в Вселенной нет наблюдателя, который его увидит, сравнив последовательность событий со своим собственным временным потоком. В настоящее время все сравнивается со временем наблюдателя, как он его переживает. Но прошлое и будущее зависят от того, как он воображает их, потому что он не может путешествовать в прошлое или будущее. Прошлое и будущее — это ничего не значащие образы, которые мы формируем. Мы скажем, что эти образы правильны, если они соответствуют определенным локальным явлениям, которые мы называем «наблюдениями», «измерениями». Рассмотрим «физические постоянные». Они были открыты довольно недавно. Это скорость света c, гравитационная постоянная G, постоянная Планка h, массы частиц, элементарный электрический заряд e, диэлектрическая проницаемость вакуума ε₀, и некоторые другие. Измерения, проведенные в лаборатории, не показывают значительных изменений. Люди пытались изучить влияние на длительные периоды изменения этих постоянных на различные космические явления. Но они меняли эти постоянные по отдельности, независимо. При таких условиях можно показать, что небольшое изменение одной постоянной приводит к противоречиям с наблюдательными данными. А что насчет совместных изменений? Неожиданно, мы можем представить совместное изменение всех постоянных, которое невозможно обнаружить в лаборатории, потому что лабораторные приборы построены по основным уравнениям физики. Если этот процесс калибровки сохраняет эти уравнения неизменными, то будет невозможно обнаружить изменение любой постоянной, потому что приборы и постоянные, которые они должны измерять, подвергаются параллельным сдвигам. Представьте, что вы хотите измерить длину стола из железа, с помощью железной линейки. Оба находятся при комнатной температуре. Если длина стола оказывается постоянной во времени, вы не можете утверждать, что эта длина не меняется, потому что стол и ваша линейка могут подвергнуться изменению комнатной температуры и расширяться одинаково. Давайте поэтому ищем такой фундаментальный процесс калибровки. Рассмотрим, например, уравнение поля, где появляется постоянная Эйнштейна. Мы предполагаем, что дивергенция этого уравнения равна нулю, что в приближении Ньютона соответствует сохранению материи и энергии. Если это не так, мы должны ввести источник. Согласно этой гипотезе, постоянная Эйнштейна c должна быть абсолютной постоянной. Это означает ли, что G и c должны быть абсолютными постоянными? Определенно нет. Это означает только, что:
Как впервые введено в 1988 году, мы предполагаем, что все формы энергии сохраняются, но не массы, электрический заряд и т.д. Это дает, например:
В физике все студенты знают технику, называемую размерным анализом. Учитывая физическую проблему, регулируемую уравнением или набором уравнений, мы производим характерные длины, времена и числа, составленные из постоянных и экспериментальных данных. Теперь мы рассматриваем, что все, что присутствует в уравнении, может меняться, включая «постоянные». Мы приводим все к безразмерной форме. Рассмотрим, например, уравнение Больцмана:
Мы вводим характерную длину R и характерное время T:
Уравнение становится:
Мы видим, что длина Шварцшильда изменяется как масштабный фактор R. В заключение, мы получаем:
Мы видим, что длина Джинса Lj изменяется как R, в то время как время Джинса tj изменяется как T. R и T связаны соотношением, напоминающим модель Фридмана. Но если внимательно рассмотреть и рассматривать его как соотношение калибровки, это означает, что законы Кеплера также инвариантны:
Во-первых, вводя давления (как плотности энергии), мы получаем вариации калибровки этих параметров и видим, что последующие энергии сохраняются (в этом модели все формы энергии сохраняются в радиационной эпохе). Таким образом, мы определили, как скорость света c изменяется в зависимости от плотности энергии, когда доминирует излучение.
Теперь рассмотрим уравнение Шредингера:
Вводим безразмерное выражение потенциала и преобразуем это уравнение:
В результате энергия остается неизменной в этом процессе калибровки. Постоянная Планка h растет с T, как предполагалось впервые Милном [48]. Характерные длины:
изменяются как пространственный масштабный фактор R, в то время как время Планка tp изменяется как временной масштабный фактор T. С точки зрения этой описания, эволюция в радиационной эпохе воспринимается как процесс калибровки. Это делает «барьер Планка» проблематичным. Имеет ли смысл «предквантовая» эпоха? Теперь, чтобы завершить, мы должны рассмотреть уравнения Максвелла.
Продолжим выполнять этот тип «обобщенного размерного анализа». Мы получаем:
Чтобы сохранить структуру атомов в процессе эволюции, мы предполагаем, что постоянная тонкой структуры является абсолютной постоянной, что дает полное решение:
Мы легко получаем:
Как мы можем видеть, в радиационную эпоху, если космическая эволюция идентифицируется как процесс калибровки, все характерные длины изменяются как R (выше, радиус Бора), все характерные времена изменяются как T, а все энергии постоянны.
Все постоянные, пространственные и временные масштабы вовлечены в этот процесс калибровки, который можно описать, выбрав любую из них. Мы можем взять T как наш временной маркер t.
Затем изменение постоянных в радиационную эпоху в зависимости от радиационного давления pr:
Если мы предположим, что значения постоянных зависят от радиационного давления, вводя критическое значение pcr, которое нужно определить, мы можем записать:
Go, mo, ho, co, ε₀ соответствуют текущим значениям. Мы предполагаем, что эти критические условия достигаются для значения t = tcr временного маркера, выбранного.
что соответствует рисунку 16.
Рис. 16 : Изменение постоянных в радиационную эпоху.
t >> tcr соответствует эпохе материи
- Однородность Вселенной.
Любая модель требует наблюдательной проверки. На рисунке 17, слева, классический парадокс однородности ранней Вселенной. «Классическое объяснение»: «теория инфляции», требующая тяжелых гипотез. Сегодня некоторые люди начинают рассматривать модель с переменными постоянными, включая секулярное изменение c. Их называют «VLS»: «переменная скорость света». На самом деле, я разработал эту идею в 1988 году [44]. С учетом предложенного временного изменения c, которое, с предыдущим разделом, делает горизонт, изменяющийся как R(t), обеспечивая однородность в любой момент времени.
Рис. 17 : **Горизонт, согласно стандартной модели и по текущей модели. **
- **Когда наречие «до» не срабатывает. **
Как уже говорилось выше, временной маркер соответствует произвольному выбору. У него нет внутреннего смысла. В стандартной модели, если мы рассматриваем далекое прошлое Вселенной, температура растет, а скорости элементов стремятся к c. Все частицы становятся релятивистскими, что вызывает вопрос: «как построить часы, из какого материала?». Когда мы смотрим на часы, что мы смотрим? На вращение стрелки. Один оборот соответствует минуте или часу. Один оборот Земли вокруг Солнца соответствует году. Как бы мы его ни называли, этот поворот на 360 градусов имеет физический смысл. Это неотъемлемое событие. Точно так же мы можем рассмотреть систему отсчета, состоящую из двух масс m, вращающихся вокруг их общего центра тяжести. Мы можем назвать это нашим «элементарными часами». В газе, находящемся в термодинамическом равновесии, доступная энергия распределяется между поступательной энергией, вращательной энергией, колебательной энергией. Пара частиц, вращающихся вокруг их общего центра тяжести, возможна, если энергия системы сравнима с энергией свободных частиц, которые бродят вокруг. В системе с переменными постоянными это возможно. Тогда мы можем подсчитать количество оборотов, используя временной маркер t, который не имеет реального значения: это просто хронологический маркер.
Рис. 18 : Элементарные часы.
Что это означает? Согласно этому описанию Вселенной, в прошлом произошло бесконечное количество «элементарных событий». Если эти часы соответствуют измерению времени, прошлое бесконечно, а временной маркер t — просто вымысел. Давайте приведем пример. Представьте, что вы посещаете издателя и говорите: «Я хочу опубликовать книгу толщиной в два дюйма». Это зависит от ширины страниц. Вы можете обмануть издателя, если используете страницы, ширина которых стремится к нулю, пытаясь читать «первые страницы». Хотя общая ширина книги кажется конечной, она рассказывает бесконечную историю. Правильный вопрос, который должен задать издатель, это: «Сколько типов в вашей книге, сколько предложений, слов, букв?». Буква из вашей книги можно сравнить с «элементарным событием». Как ваша книга, названная «История Вселенной», расширяется в прошлое, показывает бесконечное количество «элементарных событий», у нее нет начала, и вы никогда не сможете прочитать предисловие автора. Кроме того, как показано в ссылке [4], количество оборотов наших элементарных часов соответствует энтропии на барион. Log t также называется «конформальным временем». На самом деле, если выбрать его как новый временной маркер, метрика становится конформно плоской:
В предыдущем разделе мы нашли, что время Планка изменяется как временной маркер t. Это означает, что при возвращении к так называемой «начальной сингулярности (t = 0)», время Планка уменьшается. Что это означает? Я не знаю ответа. Во всяком случае, эта модель не решает всех проблем. Мы не рассматривали сильные и слабые взаимодействия. Это просто другой взгляд на то, что мы называем «временем».
- Совместные гравитационные нестабильности.
В разделе 3 мы представили модель галактики, ограниченной своим окружением репульсивной двойной материей. Эта работа была полуприкладной. В настоящем разделе мы представляем точное решение с сферической симметрией. Если мы начинаем с связанных уравнений поля, мы предполагаем, что они без дивергенции
Из таких уравнений можно вывести уравнение Эйлера. Метод полностью аналогичен примененному к уравнению Эйнштейна.
Связанное с уравнением Пуассона:
Классический метод возмущений дает два уравнения, связанные с Джинсом, Lj и Lj являются характерными длинами Джинса.
Стационарное решение сферической симметрии, с начальными условиями:
На рисунке 19 типичное численное решение.
Рис. 19 **: Совместные гравитационные нестабильности. **Формирование скопления материи, окружённого средой из репульсивной двойной материи.
**Примечание (2007, 23 мая): **
Общая форма кривых зависит от начальных условий. Выбранные условия произвольны и соответствуют равным плотностям массы и равным тепловым скоростям в двух складках. Тем не менее, мы находим интересную черту. На рисунке 19 bis мы можем провести направление гравитационного поля:
** **** **** **** **** **** **
** Рис 19 bis : Эффект «гало темной материи» **
Гравитационное поле вызывает эффект гравитационной линзы. Этот эффект является мерой гравитационного поля, независимо от источника этого поля. В нашей теории обычная материя, наша "складка", вносит свой вклад. "Совпадающая материя" также вносит свой вклад (она ведет себя как материал с отрицательной массой).
Если мы предположим, что наблюдаемые сильные эффекты линзирования вызваны какой-то загадочной "темной материей", то, зная гравитационное поле и распределение видимой материи, можно вычислить распределение этой темной материи, если она существует. На рисунке 19bis мы наблюдаем изменение направления гравитационного поля, которое сопровождается соответствующим изменением локального гравитационного линзирования. Согласно модели материи плюс темная материя, мы можем вычислить распределение темной материи, которое приведет к соответствующим эффектам линзирования. Согласно рисунку вверху рисунка 19 bis мы можем заключить, что этот кластер окружен "полой оболочкой темной материи". Рисунок внизу подразумевает такое заключение.
Как мы знаем, телескоп Хаббла недавно обнаружил "облако темной материи". См. следующий рисунок.
** **** **
** Рис. 19 тер: "Облако темной материи", обнаруженное космическим телескопом Хаббла в 2007 г., май. Как "выведено из вычислений". **
Неожиданно, это облако расположено вокруг видимого галактического кластера. Мы думаем, что оно не соответствует плоской структуре, а представляет собой сферически симметричную структуру. *Мы предсказываем, что подобные структуры будут обнаружены в ближайшем будущем. Во всех случаях "облако" будет расположено вокруг кластера, так что астрофизик признает, что это не облако, а "какой-то вид полой структуры". *
Структура облака может быть рассмотрена как результат давнего взаимодействия (похожего на "кольцо дыма").
Предположим, что наш прогноз будет подтвержден. Если астрофизикам придется признать, что эти наблюдения соответствуют сферически симметричной структуре, как они будут моделировать эту полую оболочку темной материи?
Если это будет подтверждено, это может дать основания для выбора между моделью материи плюс темная материя и моделью двойной вселенной.
- Захват сфероидальных галактик.
В разделе 7, рисунок 11, мы сказали, что поле, создаваемое дырой в однородной отрицательной энергетической материи, эквивалентно полю, создаваемому эквивалентным шаром, заполненным положительной энергией и окружённым пустотой. Теперь это нужно обосновать. Давайте вспомним, как связь с уравнением Пуассона строится в классической теории (см., например, [52]).
Это дает (a):
Записывается (b). С (d) и (c) уравнение (b) идентифицируется с уравнением Пуассона. Но сразу заметим, что заданная возмущённая метрика соответствует условиям стационарного состояния. Это возможно только в том случае, если нулевое решение (метрика Лоренца) соответствует пустой вселенной, где не действует гравитационная сила и давление.
Затем существует связь между полем и уравнением Пуассона. Но если предположить, что Вселенная не пуста и однородна, этот метод больше не действует, потому что мы не можем ссылаться на метрику стационарного состояния. Каковы последствия? Мы не можем определить гравитационный потенциал в однородной Вселенной, заполненной материалом с постоянной плотностью. Если мы посмотрим на уравнение Пуассона (e), записанное в сферических координатах, и предположим, что r является постоянной, мы получим сферическое решение (f), и соответствующее гравитационное поле будет (g). Не удивительно ли, что мы находим ненулевую гравитационную силу, направленную к произвольному центру координат и стремящуюся к бесконечности с радиальным расстоянием? Объяснение: это псевдорешение неверно, потому что уравнение Пуассона не существует в однородной стационарной Вселенной. Поле равно нулю повсюду, что выглядит более физически.
Рис. 20 : Сферическая дыра в распределении постоянной плотности двойной материи и связанного гравитационного потенциала.
Рисунок (b) показывает гравитационное поле вокруг и внутри сферы, заполненной постоянной положительной плотностью (как Земля). В (c) связанное гравитационное поле. Если мы перевернём стрелки (b), мы получим поле, связанное со сферой, заполненной отрицательной массой. Если это добавить к (a), мы получим однородную и неограниченную область, заполненную отрицательной массой, с нулевым полем, так что (a) показывает поле внутри сферической полости, которое не равно нулю. Мы получаем конфинационный эффект, и интенсивность поля максимальна на внутренней границе. Это объясняет, почему спиральные галактики сохраняют свои рукава, и почему уменьшение плотности газа диска так резко на периферии.
