двойной мир против темной материи, темной материи, темной энергии и космологической постоянной
- Из чего может состоять двойная материя.
Теоретическая физика находится в кризисе более 30 лет. Много статей было опубликовано несколько лет назад о магнитном монополе, но ни одна из них не появилась. Существование суперсимметричных партнеров еще не доказано. Никто не знает, что такое «гравитон». Когда ученые пытались обнаружить распад протона, он не сотрудничал. Почти все, что новые телескопы дают, остается полной загадкой. Никто не знает, что такое QSO, вспышки гамма и как это работает. Гигантские черные дыры странно молчаливы, и так далее. Теория струн ничего не значит, несмотря на тысячи статей, опубликованных в этом «новом поле». Мир струн - это странный игровой площадка, где физика кажется отчаянно отсутствующей. Ниже мы даем первое геометрическое описание антиматерии. Как говорит Ж.М. Суриау, теория групп - это самый фундаментальный инструмент, которым мы располагаем для анализа физических явлений. Естественное действие группы Ли - это ее сопряженное действие на своей алгебре Ли, как введено Ж.М. Суриау в 1970 г. [53]. Размер группы G - это количество параметров, от которых она зависит. Это также количество компонентов ее момента J. Группа Лоренца L - это шестимерная группа, имеющая четыре связных компонента. Введем группу из четырех элементов omega, в ее матричном представлении (a). Мы можем тогда построить полную группу Лоренца L из ее нейтральной компоненты Ln, с помощью прямого произведения групп (b), где (c) - матричное представление. Новое полупрямое произведение
(d) дает группу Пуанкаре. Введем четырехвектор события (e) и вектор переноса в пространстве-времени C : (f). Мы можем дать матричное представление (g) элемента Пуанкаре. В (h) его действие на пространстве-времени. Но это скрывает более важное действие: сопряженное действие группы на ее десятикомпонентном пространстве момента J (группа Пуанкаре имеет десять измерений). Суриау пишет этот момент:
J = { E , p , f , l }
E - энергия, p - импульс, f - «прохождение», l - спин. Удобно ввести, следуя Суриау, антисимметричную матрицу M: (a) и четырехвектор импульса-энергии **P **: (b). Расчет дуала действия группы на ее алгебре Ли дает действие на момент { (c) , (d) }.
Теперь, если мы хотим выявить симметрии I , P , T и PT, мы выбираем (e) и (f). Сопряженное действие становится { (g) , (h) }, что дает:
Как указывал Ж.М. Суриау в 1970 г., с матрицами (c) мы строим подгруппу ортохронную Po: (d), состоящую из двух связных компонент: нейтральной Pn и компоненты пространственной инверсии Ps. Компоненты этих двух компонент не меняют знак энергии E. В противоположность этому, матрицы (e) производят антихронный подмножеств, чьи компоненты инвертируют знак энергии, так что инверсия времени идет рука об руку с инверсией энергии, то есть инверсией массы, если у частиц есть такая. В заключение, мы видим, что отрицательная масса и отрицательная энергия возникают из динамического описания группы Пуанкаре, связанного с релятивистскими точечными движениями. Теперь мы собираемся расширить группу Пуанкаре, учитывая:
Мы вводим матрицу (a) и (b). Затем мы даем матричное представление группы, действующее (e) на пучке Z 2 x U(1) x R4. В (f) мы получаем геометрическое выражение симметрии C. Пятая размерность (c) компактна. Таким образом, любой элемент группы, соответствующий выборам (f), подразумевает
симметрию относительно указанной прямой. Расчет сопряженного действия группы на ее момент не представляет особой трудности. Как указал Суриау в 1970 г., добавление компактной размерности q идет рука об руку с количественной дополнительной скалярной величиной, идентифицированной как электрический заряд q. Действие на часть момента, соответствующую Пуанкаре, не меняется. Действие на электрический заряд дает:
Частицы описываются через орбиты группы. Некоторые имеют положительную энергию, другие - отрицательную. f можно рассматривать как индекс складки.
f = +1 относится к складке F; f = -1 относится к складке F
Мы получаем геометрическую двойную структуру. Действие просто:
f = n f
Это можно кратко представить на рисунке 21.
Рис. 27: Влияние симметрий на компоненты момента.
Обратите внимание, что ( nu = - 1 ) относится к антисимметричным членам группы. Частица и ее движение соответствуют определенному элементу момента. Антисимметричные члены преобразуют ортосимметричные движения в антисимметричные и инвертируют массу и энергию. Поскольку пространство-время состоит из двух отдельных складок F и F, встречи частиц с противоположной энергией можно избежать, если поместить частицы с положительной энергией в одну складку, например F, а частицы с отрицательной энергией в ее двойную складку F. Это физическое описание согласуется со свойствами группы.
- Симметрия PT и симметрия CPT.
Как указал Суриау в 1970 г., все симметрии, включающие симметрию T, инвертируют энергию и массу. Если мы рассмотрим обычную частицу с массой m и электрическим зарядом q, ее CPT-симметричная частица имеет отрицательную энергию и массу. Фейнман показал, что PT-симметричная частица ведет себя как античастица, но, согласно результату Суриау, она имеет отрицательную массу и энергию. Согласно вышесказанному, мы построили новое описание Вселенной, состоящей из двух двойных сущностей. Первая - это складка F, предположительно наша, заполненная материей и антиматерией Дирака, C-симметричная по отношению к первой. Во второй складке F дуальность материи и антиматерии также действует. Ее материя CPT-симметрична по отношению к нашей, в то время как ее антиматерия соответствует той, что предложил Фейнман. В целом, две складки являются CPT-симметричными. Это соответствует исходным идеям Сахарова ([33] до [36]). Первоначальная работа автора, посвященная космологии двойной Вселенной, была опубликована в 1977 г.
- Модель утекающей нейтронной звезды: конкурент модели черной дыры.
Классически критичность нейтронной звезды основана на геометрической критичности. Сфера постоянной плотности, окружающая пустоту, может быть описана двумя связанными метриками Шварцшильда (внутренней и внешней). Эти выражения были даны в разделе 7. Обе становятся критическими, когда радиус нейтронной звезды приближается к своему связанному радиусу Шварцшильда. Толманн, Оппенгеймер и Вольков вывели (см. [52], уравнение 14.22) знаменитое «уравнение TOV», дающее давление в зависимости от радиального расстояния в нейтронной звезде.
Рис. 28: **Слева, геометрическая критичность. Справа: физическая критичность. **
Расчет показывает, что до достижения геометрических условий возникает физическая критичность: давление стремится к бесконечности в центре звезды (слева).
Рис. 29: **Давление в зависимости от радиального расстояния в нейтронной звезде. **
Теперь мы будем делать предположения. В разделе 15 мы пытались описать первоначальный этап Вселенной, возвращаясь в ее прошлое. Чтобы объяснить ее чрезвычайную однородность, мы ввели изменение физических постоянных в радиационную эпоху. Впрочем, это исследование все еще очень рискованно. Мы просто пытались предложить новые перспективы на вопрос: «Что происходит, когда мы смотрим на далекое прошлое Вселенной?». Я думаю, что у нас нет всех ключей. Я просто выскажу мнение. Я думаю, что когда давление достигает критического значения (которое нужно определить), наша Вселенная становится связанной со своим двойником, который, как предположил А. Сахаров, «лежит в своем прошлом». Хотя это все еще неясно, я признавал, что думаю, что наша Вселенная взаимодействует со своим прошлым, которое простиралось бы на некотором роде пространственно-временном мосте. Сахаров думал, что наша Вселенная и ее двойник связаны. Я добавляю, что они взаимодействуют везде, всегда. Именно поэтому стрелка времени найдена обратной в двойнике, согласно разделу 19. Именно поэтому атомы двойника кажутся иметь отрицательную массу и отталкивают наши. Для нас они просто живут в обратном направлении времени, поэтому, согласно работам Суриау, их видимая масса отрицательна. По аналогии я думаю, что когда физическая критичность достигается в центре нейтронной звезды, локальные значения физических постоянных радикально меняются. Такое условие воспроизводит локально условия «Большого взрыва». Открывается пространственный мост, втягивающий материю с релятивистской скоростью. Такой «мягкий сценарий» произойдет, когда поток материи, вызванный солнечным ветром сопутствующей звезды, достигает критических условий в центре звезды. Тогда стационарное состояние можно геометрически описать, используя четыре метрики Шварцшильда. Для складки F:
Для соседней, сопряженной области двойной складки F:
Можно изучать геодезические системы и связывать их через пространственный мост, единственным параметром которого является его площадь. Маленькие пространственные мосты могут поглощать материю, соответствующую звездному ветру сопутствующей звезды, потому что, близко к ней, плотность огромна, а скорость релятивистская. На рисунке 24 - 2D-иллюстрация модели.
Рис. 30: **2D-иллюстрация утекающей нейтронной звезды (SNS). **
Сильный приток материи, вызванный, например, более изверженными явлениями сопутствующей звезды или слиянием двух нейтронных звезд, образующих двойную систему, может вызвать быстрое открытие пространственного моста, как указано справа на рисунке 24. Объяснение гамма-всплесков может быть здесь. Эта модель ставит под сомнение модель черной дыры. Мы увидим позже, почему последняя спорна. Что-то не так с этой моделью черной дыры. Слишком мало кандидатов, и все знают, что небольшая ошибка в оценке расстояния может превратить этих кандидатов в простые нейтронные звезды. Нет неопровержимых доказательств их существования. Люди просто верят в них. Они всегда говорят: «Что вы еще можете себе представить?». Посмотрите на начало статьи. Мы упомянули номер журнала Le Monde, в котором Форт и Мейлиер представили цветную 3D-карту темной материи, и журналист, восторженный, написал [1]: «Темная материя существует: она искривляет световые лучи». Но что сказать о «темных кластерах» [2], открытых теми же людьми, которые «притягивают световые лучи, искривляют их, но, кажется, отталкивают обычную материю»? Если это подтвердится, они будут состоять, как предположил Форт, исключительно из «экзотической материи», и если это так, то что это за вещество? Что сказать о ускорении космических зондов [49], которые распределение темной материи не может объяснить? Сегодня люди нуждаются в том, чтобы найти гигантские черные дыры в центрах галактик, чтобы оправдать динамические параметры этих регионов. Но эти гиганты кажутся очень тихими, как спящая красавица, не так ли? Некоторые предположили, что они могут быть «насыщенными черными дырами». Сколько времени мы будем продолжать отвечать на новые проблемы, просто придумывая новые названия?
****Резюме статьи
Оригинальная версия (английский)
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