Радиационная эра.
.
Идея заключается в том, что так называемые « постоянные » физики ведут себя как абсолютные постоянные в эпоху материи, но значительно изменяются в радиационной эпохе. Это может показаться очень искусственным, но эта идея может решить проблему однородности первичной Вселенной, как недавно подчеркнули несколько авторов, в частности Магуэйо (1999), хотя она была открыта автором 13 лет назад, в конце 80-х годов ([44], [45], [46]) и позже развита ([4] и [47]). Во-первых, отметим, что выбор временного параметра t остается произвольным: он представляет собой « способ, которым мы представляем, как происходили события ». Абсолютное время не имеет смысла в космологии. Ни одно явление « существует », если в Вселенной нет наблюдателя, который его наблюдает, сравнивает последовательность событий со своим собственным временным течением. В настоящее время все сравнивается со временем наблюдателя, как он его воспринимает. Но прошлое и будущее зависят от того, как он их представляет, поскольку он не может путешествовать ни в прошлое, ни в будущее. Прошлое и будущее — это просто образы, которые мы создаем. Мы скажем, что эти образы правильны, если они согласуются с определенными локальными явлениями, которые мы называем « наблюдениями », « измерениями ».
Рассмотрим « физические постоянные ». Они были открыты относительно недавно: это, в частности, скорость света c, гравитационная постоянная G, постоянная Планка h, массы частиц, элементарный электрический заряд e, диэлектрическая проницаемость вакуума ε₀ и другие. Измерения в лаборатории не выявляют значительных изменений. Однако ученые пытались изучить влияние, на протяжении длительных периодов, изменения этих постоянных на различные космические явления. Но они изменяли эти постоянные по отдельности, независимо друг от друга. В этих условиях можно показать, что даже небольшое изменение одной постоянной приводит к противоречиям с наблюдательными данными. Что же тогда с совместными изменениями? Неожиданно, можно представить совместное изменение всех постоянных, которое невозможно обнаружить в лаборатории, поскольку измерительные приборы построены на основных уравнениях физики. Если этот процесс калибровки оставляет эти уравнения неизменными, становится невозможно обнаружить изменение любой постоянной, поскольку приборы и постоянные, которые они должны измерять, испытывают параллельные сдвиги. Представьте, что вы хотите измерить длину стола из железа с помощью линейки из железа, обе при комнатной температуре. Если длина стола кажется постоянной во времени, вы не можете утверждать, что она не меняется, потому что стол и линейка могут просто расширяться одинаково при изменении комнатной температуры.
Итак, давайте найдем такой фундаментальный процесс калибровки. Рассмотрим, например, уравнение поля, в котором присутствует 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? Вовсе нет. Это означает только, что:
Как впервые введено в 1988 году, мы предполагаем, что все виды энергии сохраняются, но
массы, электрические заряды и т.д. не сохраняются. Это дает, например:
В физике все студенты знают метод, называемый размерностным анализом. Учитывая физическую задачу, регулируемую уравнением (или системой уравнений), мы строим длины, времена и характерные числа, исходя из постоянных и экспериментальных данных. Теперь мы считаем, что все, что содержится в уравнении, может меняться, включая «постоянные». Мы выражаем все в безразмерной форме. Возьмем, например, уравнение Болтцмана:
Мы вводим характерную длину R и характерное время T:
Уравнение становится:
Мы замечаем, что длина Шварцшильда изменяется как масштабный фактор R. В общем, мы получаем:
Мы видим, что длина Джинса Lⱼ изменяется как R, тогда как время Джинса tⱼ изменяется как T. R и T связаны соотношением, напоминающим модель Фридмана. Но если мы внимательно посмотрим и интерпретируем это как соотношение калибровки, это означает, что законы Кеплера также инвариантны:
Вводя давления (как плотности энергии), мы получаем вариации калибровки этих параметров, и замечаем, что соответствующие энергии сохраняются (в этом модели все формы энергии сохраняются во время радиационной эпохи). Таким образом, мы определили, как скорость света c изменяется с плотностью энергии, когда доминирует излучение.
Рассмотрим теперь уравнение Шредингера:
Введем безразмерное выражение потенциала и преобразуем это уравнение:
Таким образом, энергия остается неизменной в этом процессе калибровки. Постоянная Планка h растет с T, как первоначально предположил Милн [48]. Характерные длины:
изменяются как масштабный фактор пространства R, тогда как время Планка tₚ изменяется как временной масштабный фактор T. Таким образом, эволюция во время радиационной эпохи может быть интерпретирована как процесс калибровки. Это ставит под сомнение понятие «планковской барьеры». Имеет ли «предквантовая эпоха» реальный смысл?
В заключение, мы должны рассмотреть уравнения Максвелла.
Продолжим применять этот тип «обобщенного размерностного 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:
Таким образом, если космическая эволюция идентифицируется как процесс калибровки во время радиационной эпохи, все характерные длины изменяются как R (выше, радиус Бора), все характерные времена изменяются как T, и все энергии остаются постоянными.
Все постоянные, а также пространственные и временные масштабы участвуют в этом процессе калибровки, который можно описать, выбрав любую из них. Мы можем взять T как наш временной параметр t.
Затем изменение постоянных во время радиационной эпохи в зависимости от радиационного давления pᵣ:
Если предположить, что значения постоянных зависят от радиационного давления, и ввести критическое давление p_cr (для определения), мы можем записать:
G₀, m₀, h₀, c₀, e₀ соответствуют текущим значениям. Мы предполагаем, что эти критические условия достигаются для значения t = t_cr временного параметра, выбранного.
что соответствует рисунку 16.
Рис. 16: Изменение постоянных во время радиационной эпохи.
t ≫ t_cr соответствует эпохе материи.
Однородность Вселенной.
Любая модель требует наблюдательной проверки. Рисунок 17, слева, иллюстрирует классический парадокс однородности первичной Вселенной. «Классическое объяснение»: «теория инфляции», основанная на множестве сильных гипотез. Сегодня некоторые начинают рассматривать модель с переменными постоянными, в частности, долгосрочное изменение c, которое они называют «VLS» («variable light speed»). На самом деле, я разработал эту идею с 1988 года [44]. Благодаря предложенному изменению c, упомянутому в предыдущем разделе, горизонт изменяется как R(t), обеспечивая однородность в любой момент времени.
Рис. 17: Горизонт, согласно стандартной модели и по предлагаемой модели.
Когда наречие «до» не работает.
Как указано выше, временной параметр соответствует произвольному выбору, не имеющему внутреннего значения. В стандартной модели, если рассматривать далекое прошлое Вселенной, температура увеличивается, а скорости частиц приближаются к c. Все частицы становятся релятивистскими, что вызывает вопрос: «Как построить часы и из какого материала?». Когда вы смотрите на часы, что вы наблюдаете? Вращение стрелки: один оборот соответствует минуте или часу. Один оборот Земли вокруг Солнца соответствует году. Независимо от того, как вы это называете, этот оборот на 360 градусов имеет реальную физическую значимость: это неоспоримое событие. Точно так же можно рассмотреть систему отсчета, состоящую из двух масс m, вращающихся вокруг их общего центра масс: мы можем назвать это нашей «элементарными часами». В термодинамическом равновесии газа доступная энергия распределяется между поступательной кинетической энергией, вращательной энергией и вибрационной энергией. Пара частиц, вращающихся вокруг их общего центра масс, возможна, если энергия системы сравнима с энергией свободных частиц, которые свободно перемещаются. В системе с переменными постоянными это возможно. Таким образом, мы можем подсчитать количество оборотов с помощью временного параметра t, который не имеет реального значения: это просто хронологический маркер.
Рис. 18: Элементарные часы.
Что это означает? Согласно этой модели Вселенной, произошло бесконечное количество «элементарных событий» в прошлом. Если эти часы соответствуют измерению времени, то прошлое бесконечно, а временной параметр t — это просто вымысел. Возьмем образ: представьте, что вы посещаете издателя и говорите: «Я хочу опубликовать толстую книгу в два дюйма». Это зависит от толщины страниц. Вы можете обмануть издателя, используя страницы, ширина которых стремится к нулю, утверждая, что читаете «первые страницы». Хотя общая толщина книги кажется конечной, она рассказывает бесконечную историю. Правильный вопрос, который должен задать издатель, — это: «Сколько символов, предложений, слов, букв содержит ваша книга?». Каждая буква вашей книги может быть сравнена с «элементарным событием». Как ваша книга, названная «История Вселенной», которая, возвращаясь в прошлое, раскрывает бесконечное количество «элементарных событий», она не имеет… начала, и вы никогда не сможете прочитать предисловие автора. Кроме того, как показано в ссылке [4], количество оборотов нашей элементарной часы соответствует энтропии на барион. log t также называется «конформным временем». В самом деле, если выбрать его как новый временной параметр, метрика становится конформно плоской:
В предыдущем разделе мы установили, что время Планка изменяется как временной параметр t. Это означает, что, когда мы возвращаемся к предполагаемой «начальной сингулярности (t = 0)», время Планка уменьшается. Что это означает? Я не знаю. В любом случае, эта модель не решает всех проблем: мы не рассматриваем 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 «двойной материи» отталкивающей. Этот труд был полуприкладным. В настоящем разделе мы представляем точное сферически симметричное решение. Если мы начнем с уравнений поля, мы предполагаем, что они без дивергенции:
Из этих уравнений можно вывести уравнение Эйлера. Метод полностью аналогичен применяемому к уравнению Эйнштейна.
Связанное с уравнением Пуассона:
Классический метод возмущений приводит к двум связанным уравнениям типа Джинса, Lⱼ и Lⱼ являются характерными длинами Джинса.
Стационарное сферически симметричное решение, с начальными условиями:
На рисунке 19, типичное численное решение.
Рис. 19: Совместные гравитационные нестабильности.
Формирование скопления материи, окружённого отталкивающей средой двойной материи.
Примечание (23 мая 2007 г.):
Форма кривых зависит от начальных условий. Выбранные условия произвольны и соответствуют равным плотностям и одинаковым тепловым скоростям в двух «складках». Тем не менее, мы наблюдаем интересную особенность. На рисунке 19 bis мы можем провести направление гравитационного поля:
Рис. 19 bis: Эффект «темного материнского холода»
Гравитационное поле вызывает гравитационную линзу, которая измеряет гравитационное поле, независимо от его источника. В нашей теории обычная материя — та, что в нашем «складке» — вносит свой вклад. «Двойная материя» также вносит свой вклад (она ведет себя как материя с отрицательной массой).
Если предположить, что сильные линзовые эффекты, наблюдаемые, вызваны загадочной «темной материей», то, исходя из измеренного гравитационного поля и распределения видимой материи, можно рассчитать распределение этой темной материи, если она действительно существует. На рисунке 19 bis мы наблюдаем инверсию направления гравитационного поля, сопровождаемую соответствующим изменением локальной гравитационной линзы. Согласно модели материи + темной материи, мы могли бы рассчитать распределение темной материи, которое привело бы к наблюдаемым линзовым эффектам. Наблюдая рисунок вверху рисунка 19 bis, мы могли бы заключить, что этот кластер окружен «пустой оболочкой темной материи». Изображение внизу подразумевает это заключение.
Как мы знаем, космический телескоп Хаббл недавно обнаружил «темную материнскую оболочку». См. следующий рисунок.
Рис. 19 ter: «Оболочка темной материи», обнаруженная космическим телескопом Хаббл
Чтобы сохранить структуру атомов в процессе эволюции, мы предполагаем, что постоянная тонкой структуры является абсолютной постоянной, что приводит к полному решению:
Мы легко получаем:
Как можно увидеть, 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, и все энергии остаются постоянными.
Все постоянные, а также пространственные и временные масштабы участвуют в этом процессе калибровки, который можно описать, выбрав любую из них. Мы можем взять T как наш временной параметр t.
Затем изменение постоянных в радиационную эпоху в зависимости от радиационного давления p:
r:
Если мы предположим, что значения постоянных зависят от радиационного давления, вводя критическое давление pcr (для определения), мы можем записать:
G0, m0, h0, c0, e0 обозначают текущие значения. Мы предполагаем, что эти критические условия достигаются для значения t = tcr временного параметра, выбранного.
что соответствует рисунку 16.
Рис. 16: Изменение постоянных в радиационную эпоху.
t >> tcr соответствует эпохе материи.
Однородность Вселенной.
.
Любая модель требует наблюдательной проверки. Рисунок 17, слева, иллюстрирует классический парадокс однородности первичной Вселенной. «Классическое объяснение»: «теория инфляции», основанная на множестве сильных гипотез. Сегодня некоторые начинают рассматривать модель с переменными постоянными, в частности, долгосрочное изменение c, которое они называют «VLS» («variable light speed»). На самом деле, я разработал эту идею с 1988 года [44]. Благодаря предложенному изменению c, упомянутому в предыдущем разделе, горизонт изменяется как R(t), обеспечивая однородность в любой момент времени.
Рис. 17: Горизонт, согласно стандартной модели и по предлагаемой модели.
Когда слово «до» не работает.
Как указано выше, временной параметр соответствует произвольному выбору. Он не имеет внутреннего значения. В стандартной модели, если рассматривать далекое прошлое Вселенной, температура увеличивается, а скорости частиц приближаются к c. Все частицы становятся релятивистскими, что вызывает вопрос: «Как построить часы и из какого материала?». Когда вы смотрите на часы, что вы наблюдаете? Вращение стрелки: один оборот соответствует минуте или часу. Один оборот Земли вокруг Солнца соответствует году. Независимо от того, как вы это называете, этот оборот на 360 градусов имеет реальную физическую значимость: это неоспоримое событие. Точно так же можно рассмотреть систему отсчета, состоящую из двух масс m, вращающихся вокруг их общего центра масс: мы можем назвать это нашей «элементарными часами». В термодинамическом равновесии газа доступная энергия распределяется между поступательной кинетической энергией, вращательной энергией и вибрационной энергией. Пара частиц, вращающихся вокруг их общего центра масс, возможна, если энергия системы сравнима с энергией свободных частиц, которые свободно перемещаются. В системе с переменными постоянными это возможно. Таким образом, мы можем подсчитать количество оборотов с помощью временного параметра t, который не имеет реального значения: это просто хронологический маркер.
Рис. 18: Элементарные часы.
Что это означает? Согласно этой модели Вселенной, произошло бесконечное количество «элементарных событий» в прошлом. Если эти часы соответствуют измерению времени, то прошлое бесконечно, а временной параметр t — это просто вымысел. Возьмем образ: представьте, что вы посещаете издателя и говорите: «Я хочу опубликовать толстую книгу в два дюйма». Это зависит от толщины страниц. Вы можете обмануть издателя, используя страницы, ширина которых стремится к нулю, утверждая, что читаете «первые страницы». Хотя общая толщина книги кажется конечной, она рассказывает бесконечную историю. Правильный вопрос, который должен задать издатель, — это: «Сколько символов, предложений, слов, букв содержит ваша книга?». Каждая буква вашей книги может быть сравнена с «элементарным событием». Как ваша книга, названная «История Вселенной», которая, возвращаясь в прошлое, раскрывает бесконечное количество «элементарных событий», она не имеет… начала, и вы никогда не сможете прочитать предисловие автора. Кроме того, как показано в ссылке [4], количество оборотов нашей элементарной часы соответствует энтропии на барион. log t также называется «конформным временем». В самом деле, если выбрать его как новый временной параметр, метрика становится конформно плоской:
В предыдущем разделе мы установили, что время Планка изменяется как временной параметр t. Это означает, что, когда мы возвращаемся к предполагаемой «начальной сингулярности (t = 0)», время Планка уменьшается. Что это означает? Я не знаю. В любом случае, эта модель не решает всех проблем: мы не рассматриваем 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 «двойной материи» отталкивающей. Этот труд был полуприкладным. В настоящем разделе мы представляем точное сферически симметричное решение. Если мы начнем с уравнений поля, мы предполагаем, что они без дивергенции:
Из этих уравнений можно вывести уравнение Эйлера. Метод полностью аналогичен применяемому к уравнению Эйнштейна.
Связанное с уравнением Пуассона:
Классический метод возмущений приводит к двум связанным уравнениям типа Джинса, Lj и Lj являются характерными длинами Джинса.
Стационарное сферически симметричное решение, с начальными условиями:
На рисунке 19, типичное численное решение.
Рис. 19: Совместные гравитационные нестабильности.
Формирование скопления материи, окружённого отталкивающей средой двойной материи.
Примечание (23 мая 2007 г.):
Форма кривых зависит от начальных условий. Выбранные условия произвольны и соответствуют равным плотностям и одинаковым тепловым скоростям в двух «складках». Тем не менее, мы наблюдаем интересную особенность. На рисунке 19 bis мы можем провести направление гравитационного поля:
Рис. 19 bis: Эффект «темного материнского холода»
Гравитационное поле вызывает гравитационную линзу, которая измеряет гравитационное поле, независимо от его источника. В нашей теории обычная материя — та, что в нашем «складке» — вносит свой вклад. «Двойная материя» также вносит свой вклад (она ведет себя как материя с отрицательной массой).
Если предположить, что сильные линзовые эффекты, наблюдаемые, вызваны загадочной «темной материей», то, исходя из измеренного гравитационного поля и распределения видимой материи, можно рассчитать распределение этой темной материи, если она действительно существует. На рисунке 19 bis мы наблюдаем инверсию направления гравитационного поля, сопровождаемую соответствующим изменением локальной гравитационной линзы. Согласно модели материи + темной материи, мы могли бы рассчитать распределение темной материи, которое привело бы к наблюдаемым линзовым эффектам. Наблюдая рисунок вверху рисунка 19 bis, мы могли бы заключить, что этот кластер окружен «пустой оболочкой темной материи». Изображение внизу подразумевает это заключение.
Как мы знаем, космический телескоп Хаббл недавно обнаружил «темную материнскую оболочку». См. следующий рисунок.
Рис. 19 ter: «Оболочка темной материи», обнаруженная космическим телескопом Хаббл
Неожиданно, эта оболочка расположена вокруг видимого галактического кластера.
Мы думаем, что это не плоская структура, а сферически симметричная структура.
Мы предсказываем, что такие структуры скоро будут обнаружены. В любом случае, «оболочка» будет расположена вокруг кластера, так что астрономы признают, что это не оболочка, а «какая-то полая структура».
Структура оболочки может быть результатом древней встречи («похожей на дымное кольцо»).
Предположим, что мое предсказание подтверждено. Если астрономы должны признать, что эти наблюдения соответствуют сферически симметричной структуре, как они будут моделировать эту полую оболочку темной материи?
Если эта гипотеза подтверждена, это может предоставить необходимые элементы для выбора между моделью материи + темной материи и моделью двойной Вселенной.
Заключение галактик в сфероидах.
В разделе 7, рисунок 11, мы указали, что поле в области с равномерной отрицательной энергией похоже на поле, создаваемое эквивалентной сферой, заполненной положительной энергией и окружённой пустотой. Теперь необходимо обосновать это утверждение. Напомним, как связь с уравнением Пуассона устанавливается в классической теории (см., например, [52]).
Это дает (a):
Затем пишем (b). Используя (d) и (c), уравнение (b) идентично уравнению Пуассона. Но сразу замечаем, что измененная метрика соответствует стационарным условиям. Это возможно только в том случае, если нулевое решение (метрика Лоренца) соответствует пустому миру, в котором не действуют гравитационные силы или давление.
Следовательно, существует связь между уравнениями поля и уравнением Пуассона. Однако, если предположить, что Вселенная не пуста и однородна, этот метод больше не применим, так как нельзя ссылаться на стационарную метрику. Каков его эффект? Невозможно определить гравитационный потенциал в однородной Вселенной, заполненной постоянной плотностью материи. Если рассмотреть уравнение Пуассона (e), записанное в сферических координатах, и предположить, что
является постоянным, мы получаем сферическое решение (f), и соответствующее гравитационное поле равно (g). Не кажется ли это удивительным, обнаружить ненулевую гравитационную силу, направленную к произвольному центральному координатному центру и стремящуюся к бесконечности с радиальным расстоянием? Объяснение: эта псевдорошение неверна, потому что уравнение Пуассона не существует в стационарном однородном мире. Поле равно нулю везде, что кажется более физическим.
Рис.
. 20
: Сферическая дыра в распределении материи с постоянной плотностью
и соответствующий гравитационный потенциал.
Рисунок (b) показывает гравитационное поле вне и внутри сферы, заполненной материей с постоянной положительной плотностью (как Земля). В (c) соответствующий гравитационный потенциал. Если перевернуть стрелки (b), получим поле, связанное со сферой с отрицательной массой. Если добавить это к (a), получим однородную и неограниченную область, заполненную отрицательной массой, с нулевым полем; таким образом, (a) представляет поле внутри сферической полости, которое не равно нулю. Таким образом, мы получаем эффект конфайнмента, и интенсивность поля максимальна на внутренней границе. Это объясняет, почему спиральные галактики сохраняют свои рукава и почему уменьшение плотности газа в диске так резко на периферии.
Сводка статьи ---
Радиационная эра.
.
Идея в том, что так называемые «постоянные» физики ведут себя как абсолютные постоянные в эпоху материи, но значительно меняются в радиационной эпохе. Это может показаться очень искусственным, но эта идея может решить проблему однородности ранней Вселенной, как недавно подчеркнули несколько авторов, включая Magueijo (1999), хотя она была открыта автором 13 лет назад, в конце 80-х годов ([44], [45], [46]) и позже разработана ([4] и [47]). Во-первых, отметим, что выбор временного параметра t остается произвольным: он представляет собой «способ, которым мы представляем, как происходили события». Абсолютное время не имеет смысла в космологии. Ни одно явление не «существует», если в Вселенной нет наблюдателя, который его наблюдает, сравнивает последовательность событий со своим собственным временным потоком. В настоящее время все сравнивается со временем наблюдателя, как он его испытывает. Но прошлое и будущее зависят от того, как он их представляет, поскольку он не может путешествовать ни в прошлое, ни в будущее. Прошлое и будущее — это просто образы, которые мы строим. Мы скажем, что эти образы правильны, если они согласуются с определенными локальными явлениями, которые мы называем «наблюдениями», «измерениями».
Рассмотрим «постоянные физики». Они были открыты довольно недавно: это, в частности, скорость света c, гравитационная постоянная G, постоянная Планка h, массы частиц, элементарный электрический заряд e, диэлектрическая проницаемость вакуума ε₀ и другие. Измерения, проведенные в лаборатории, не выявляют значительных изменений. Однако исследователи пытались изучить влияние, на протяжении длительных периодов, изменения этих постоянных на различные космические явления. Но они изменяли эти постоянные по отдельности, независимо друг от друга. В этих условиях можно показать, что любое незначительное изменение одной постоянной приводит к противоречиям с наблюдательными данными. А что же тогда с совместными изменениями? Неожиданно, можно представить совместное изменение всех постоянных, которое невозможно обнаружить в лаборатории, поскольку измерительные приборы построены на основных уравнениях физики. Если этот процесс калибровки оставляет эти уравнения неизменными, становится невозможно обнаружить изменение любой постоянной, поскольку приборы и постоянные, которые они должны измерять, испытывают параллельные сдвиги. Представьте, что вы хотите измерить длину стола из железа с помощью линейки из железа, обе при комнатной температуре. Если длина стола кажется постоянной во времени, вы не можете утверждать, что она не изменяется, потому что стол и линейка могут просто расширяться одинаково при изменении комнатной температуры.
Итак, давайте найдем такой фундаментальный процесс калибровки. Рассмотрим, например, уравнение поля, в котором присутствует 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? Вовсе нет. Это означает только, что:
Как впервые введено в 1988 году, мы предполагаем, что все виды энергии сохраняются, но
что массы, электрический заряд и т.д. не сохраняются. Это дает, например:
В физике все студенты знают метод, называемый размерностным анализом. Учитывая физическую проблему, регулируемую уравнением (или системой уравнений), мы строим длины, времена и характерные числа, исходя из постоянных и экспериментальных данных. Теперь мы рассматриваем, что все, что присутствует в уравнении, может меняться, включая «постоянные». Мы выражаем все в безразмерной форме. Возьмем, например, уравнение Больцмана:
Мы вводим характерную длину R и характерное время T:
Уравнение становится тогда:
Мы замечаем, что длина Шварцшильда изменяется как масштабный фактор R. В общем, мы получаем:
Мы видим, что длина Джинса Lⱼ изменяется как R, тогда как время Джинса tⱼ изменяется как T. R и T связаны соотношением, напоминающим модель Фридмана. Но если мы внимательнее посмотрим и интерпретируем это как соотношение калибровки, это означает, что законы Кеплера также инвариантны:
Вводя давления (как плотности энергии), мы получаем изменения калибровки этих параметров, и мы замечаем, что соответствующие энергии сохраняются (в этом модели все виды энергии сохраняются в радиационную эпоху). Таким образом, мы определили, как скорость света c изменяется с плотностью энергии, когда доминирует излучение.
Рассмотрим теперь уравнение Шредингера:
Вводим безразмерное выражение потенциала и преобразуем это уравнение:
Таким образом, энергия остается неизменной в этом процессе калибровки. Постоянная Планка h растет с T, как первоначально предполагал Милн [48]. Характерные длины:
изменяются как пространственный масштабный фактор R, тогда как время Планка tₚ изменяется как временной масштабный фактор T. Таким образом, эволюция в радиационную эпоху может быть интерпретирована как процесс калибровки. Это ставит под сомнение понятие «планковской барьеры». Имеет ли реальный смысл «до-квантовая эпоха»?
В заключение, мы должны рассмотреть уравнения Максвелла.
Продолжим применять этот род «обобщенного размерностного 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:
Таким образом, если космическая эволюция идентифицируется с процессом калибровки в радиационную эпоху, все характерные длины изменяются как R (выше, радиус Бора), все характерные времена изменяются как T, и все энергии остаются постоянными.
Все постоянные, а также пространственные и временные масштабы вовлечены в этот процесс калибровки, который можно описать, выбрав любую из них. Мы можем взять T как наш временной параметр t.
Затем, изменение постоянных в радиационную эпоху в зависимости от радиационного давления pᵣ:
Если предположить, что значения постоянных зависят от радиационного давления, и ввести критическое давление p_cr (для определения), мы можем записать:
G₀, m₀, h₀, c₀, e₀ соответствуют текущим значениям. Мы предполагаем, что эти критические условия достигаются для значения t = t_cr параметра времени, выбранного.
что соответствует рисунку 16.
Рис. 16: Изменение постоянных в радиационную эпоху.
t ≫ t_cr соответствует эпохе материи.
Однородность Вселенной.
Любая модель требует наблюдательной проверки. Рисунок 17, слева, иллюстрирует классический парадокс однородности ранней Вселенной. «Классическое объяснение»: «теория инфляции», основанная на множестве сильных гипотез. Сегодня некоторые начинают рассматривать модель с переменными постоянными, в частности, долгосрочное изменение c, которое они называют «VLS» («variable light speed»). На самом деле, я разработал эту идею с 1988 года [44]. Благодаря предложенному изменению c, упомянутому в предыдущем разделе, горизонт изменяется как R(t), обеспечивая однородность в любой момент времени.
Рис. 17: Горизонт, согласно стандартной модели и по настоящей модели.
Когда наречие «до» не работает.
Как указано выше, временной параметр соответствует произвольному выбору, лишенному внутреннего смысла. В стандартной модели, если рассматривать далекое прошлое Вселенной, температура растет, а скорости частиц стремятся к c. Все частицы становятся релятивистскими, что вызывает вопрос: «Как построить часы, и из какого материала?». Когда мы смотрим на часы, что мы видим? Движение стрелки: один оборот соответствует минуте или часу. Оборот Земли вокруг Солнца соответствует году. Как бы мы ни называли это, этот 360-градусный поворот имеет неоспоримую физическую реальность: это неоспоримое событие. Точно так же мы можем рассмотреть систему отсчета, состоящую из двух масс m, вращающихся вокруг их общего центра тяжести: мы можем назвать это нашей «элементарной часами». В газе, находящемся в термодинамическом равновесии, доступная энергия распределяется между поступательной энергией, вращательной энергией и колебательной энергией. Пара частиц, вращающихся вокруг их общего центра тяжести, возможна, если энергия системы сравнима с энергией свободных частиц, которые свободно перемещаются. В системе с переменными постоянными это становится возможным. Таким образом, мы можем подсчитать количество оборотов с помощью временного параметра t, который не имеет реального значения: это просто хронологический маркер.
Рис. 18: Элементарные часы.
Что это значит? Согласно этой интерпретации Вселенной, в прошлом произошло бесконечное количество «элементарных событий». Если эти часы соответствуют измерению времени, то прошлое бесконечно, а временной параметр t — это просто вымысел. Возьмем образ: представьте, что вы посещаете издателя и говорите: «Я хочу опубликовать толстую книгу в два дюйма». Это зависит от толщины страниц. Вы можете обмануть издателя, используя страницы, ширина которых стремится к нулю, утверждая, что читаете «первые страницы»: хотя общая толщина книги кажется конечной, она рассказывает бесконечную историю. Правильный вопрос, который должен задать издатель, — это: «Сколько символов, предложений, слов, букв содержит ваша книга?» Каждая буква вашей книги может быть сравнена с «элементарным событием». Как ваша книга, названная «История Вселенной», которая, возвращаясь в прошлое, раскрывает бесконечное количество «элементарных событий», она не имеет... начала, и вы никогда не сможете прочитать предисловие автора. Кроме того, как показано в ссылке [4], количество оборотов нашей элементарных часов соответствует энтропии на барион. Log t также называется «конформальным временем». На самом деле, если выбрать его как новый временной параметр, метрика становится конформно плоской:
В предыдущем разделе мы заметили, что время Планка изменяется как временной параметр t. Что это означает? Я не знаю. В любом случае, эта модель не решает всех проблем: мы не рассматриваем 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 «сопутствующей» материи, отталкивающей. Эта работа была полуприкладной. В настоящем разделе мы представляем точное сферически симметричное решение. Если исходить из связанных уравнений поля, мы предполагаем, что они имеют нулевую дивергенцию:
Из этих уравнений можно вывести уравнение Эйлера. Метод полностью аналогичен примененному к уравнению Эйнштейна.
Связано с уравнением Пуассона:
Классический метод возмущений приводит к двум связанным уравнениям типа Джинса, Lⱼ и Lⱼ — это характерные длины Джинса.
Стационарное сферически симметричное решение, с начальными условиями:
На рисунке 19, типичное численное решение.
Рис. 19: Совместные гравитационные нестабильности.
Формирование скопления материи, окружённого отталкивающей сопутствующей материей.
Примечание (23 мая 2007 г.):
Общий вид кривых зависит от начальных условий. Выбранные условия произвольны и соответствуют равным плотностям и одинаковым тепловым скоростям в двух «складках». Тем не менее, мы наблюдаем интересную особенность. На рисунке 19 bis мы можем провести направление гравитационного поля:
Рис. 19 bis: Эффект «темной материи»
Гравитационное поле вызывает гравитационную линзу, которая измеряет гравитационное поле, независимо от его источника. В нашей теории обычная материя — та, что в нашем «складке» — вносит свой вклад. «Сопутствующая материя» также вносит свой вклад (она ведет себя как материя с отрицательной массой).
Если предположить, что сильные линзовые эффекты, наблюдаемые, вызваны загадочной «темной материей», то, исходя из измеренного гравитационного поля и распределения видимой материи, можно рассчитать распределение этой темной материи, если она действительно существует. На рисунке 19 bis мы наблюдаем инверсию направления гравитационного поля, сопровождаемую соответствующей вариацией локальной гравитационной линзы. Следуя модели «материя + темная материя», можно рассчитать соответствующее распределение темной материи. Наблюдая рисунок вверху рисунка 19 bis, можно сделать вывод, что этот кластер окружен «пустой оболочкой темной материи». Изображение внизу отражает этот вывод.
Как мы знаем, космический телескоп Хаббл недавно обнаружил «темную материю». См. следующий рисунок.
Рис. 19 ter: «Темная материя» обнаруженная телескопом
Оригинал (английский)
The radiative era.
.
The idea is that the so-called constants of physics behave like absolute constants during the matter era, but change drastically during the radiative era. It may look very artificial, but this idea may solve the problem of the homogeneity of the early universe, as recently pointed out by several authors, like Magueijo (1999), but was discovered by the author 13 years before, at the end of the eighties ( [ 44 ]
,
[ 45 ]
,
[ 46 ]
) and developed later ( [ 4 ]
and
[ 47 ]
). First, notice that the choice of the time marker t remains arbitrary. It is nothing but the way we think the things happened. Absolute time has no meaning in cosmology. Any phenomenon does not exist if there is no observer in the Universe to look at it, to compare a succession of events to his proper time flow. At present time all is compared to the time of the observer, the way he lives. But past and future depends on the way he
imagines
it, for he cannot travel in past or future. Past and future are nothing but images we shape. We will say that these images are correct if they fit peculiar local phenomena, that we call observations, measurements. Consider the constants of physics. They were discovered quite recently. They are the light speed c , the gravitational constant G, the Planck constant h , the masses of particles, the unit
electric charge e, the permittivity of vacuum
e o
, and some others. Measurements performed in labs show no significant change. People have tried to study the impact over large period of time of a change of these constants on various cosmic phenomena. But they moved these constants one after the other, independently. In such conditions one can show that any light variation of an isolated constant produces contradictions with observational data. But what about joint variations ? Surprinsingly we may conceive a joint variation of all the constant, which cannot be evidenced in lab, for the labs instruments are built with the basic equations of physics. If this gauge process keeps these equations invariant, it will be impossible to evidence the variation of any constant, for the instruments and the constants they are supposed to measure experience parallel drifts. Imagine you want to measure the length of an iron table, with an iron scaled rule. Both are at room temperature. If the tables length is found constant in time, you cannot sware this length does not vary, for this table and your scaled rule may experience a room temperature variation and expand in the same way.
Let us search such basic gauge process. Consider for example the field equation, where we find the Einstein constant. We assume the divergence of this equation is zero which, in Newtonian approximation, corresponds to the conservation of matter and energy. If it is not, we must deal with source term. According to this hypothesis the Einstein constant
c
must be an absolute constant. Does it imply that G and c must be absolute constants ? Definitively not. It only implies that :
As introduced first in 1988 we assume that the energies, all kind of energies, are conserved, but
not the masses, electric charge and so on. This gives, for example
:
In physics all students know the technique called dimensional analysis. Given a physical problem, ruled by an equation, or a set of equations, we produce characteristic lengths, times and numbers, composed with constants and laboratory condition data. Now we consider that all what is present in the equation may vary, including the constants. We put everything into a non-dimensional form. Consider for example the Boltzmann equation
:
We introduce a characteristic length scale R and a characteristic time scale
T:
The equation becomes
:
We see that the Schwarzschild length varies like the scale factor R. To sum up get
:
We see that the Jeans length L
j
varies like R, while Jeans time t
j
varies like
T.
Rand
Tare linked through a relation which evokes a Friedman model. But if one looks that closer and see it as a gauge relation, it means that the Kepler laws are also invariant :
By the way, introducing pressures (as energy densities) we get the gauge variations of
these parameters and see that the subsequent energies are conserved (in this model all kinds of energy are conserved during the radiative era). We have figured the way the speed of light c varies with the energy density when radiation dominates.
Now consider the Schrödinger equation
:
Introduce non-dimensional potential expression and transform this equation
:
As a result, the energy is unchanged by this gauge process. The Planck constant h grows with T, as conjectured first by Milne
[ 48 ]
. The characteristic lengths :
vary like the space scale factor R, while the Planck time t
p
varies like the time scale factor T. From this point of view, the evolution, during the radiative era is conceived as a gauge process. This makes the Planck barrier questionable. Does the pre-quantic epoch has a real meaning ? Now, to finish the job we have to deal with Maxwell equations.
Continue to perform that sort of generalized dimensional analysis. We get :
In order to maintain the structure of the atoms during the evolution process we assume the fine structure constant is an absolute constant, which gives the whole solution :
We get easily :
As we can see, during the radiative era, is the cosmic evolution is identified to a gauge process, all characteristic lengths vary like R (above, the Bohr radius), all the characteristic times vary like T, all the energies are constant.
All the constants, space and time scales are involved in this gauge process, which can be described chosing any of them. We can take T as our time-marker t .
Next, the variation of the constants, during the radiative era, versus the radiative pressure p
r
:
If we assume that the values of the constants depend on the radiative pressure, introducing a critical value p
cr
, to be defined, we can write :
G o
, m
o
, h
o
, c
o
, e
o
correspond to the todays values. We assume that this critical conditions are achieved for a value t = t
cr
of the chosen time-marker.
which corresponds to figure 16.
Fig
. 16 :
Variation of the constants during the radiative era.
t
t
cr
corresponds to matter era
The homogeneity of the Universe
.
Any model requires an observational confirmation. Figure 17, left, the classical paradox of the homogeneity of the early Universe. Classical explanation : the Inflation Theory, requiring heavy hypothesis. Today, some people begins to think about a variable constants model, including a secular variation of c. The called it VLS : variable light speed. In fact I developed this idea in 1988
[ 44 ]
. With the suggested time-variation of c , which with the precedent section the horizon varies like R(t) which ensures homogeneity at any time.
Fig.
17 :
The horizon, according to the standard model and to the present model.
When the adverb before fails.
As said above, a time marker corresponds to an arbitrary choice. It has no intrinsic meaning. In the standard model if we deal with the distant past of the Universe, the temperature rises and elements velocities tend to c. All particles become relativistic, so that a question arises : how to build a clock, with which material ?. When we look at a clock, what do we look at ? To the rotation of a needle. A turn corresponds to a minute, or hour. A turn of the Earth around the Sun corresponds to a year. Whatever we call it, this 360° rotation has a physically real meaning. It is an undeniable event. Similarly we can consider a reference system composed by two masses m orbiting around their common centre of gravity. We may call it our elementary clock. In a gas at thermodynamic equilibrium the available energy is distributed in
translational energy, the rotational energy, vibrational energy. A couple of particles orbiting around their common centre of gravity is conceivable if the energy of the system is comparable to the energy of free particles, which cruise around. In a variable constant system this is possible. Then we can count the number of turns, using the time-marker t, which has no real significance : its only a chronological marker.
Fig
.18 :
The elementary clock.
What does it mean ? According to this description of the Universe, an infinite number of elementary events occurred in the past. If this clock corresponds to a measure of time, past is infinite and the time-marker t is nothing but a fiction. Lets give an image. Suppose you visit an editor and say I want to publish a two inches thick book. Depends on the width of the pages. You may deceive the editor if you use pages whose width tends to zero when trying to read the first pages. Although the global width of the book seemed finite it tells a infinite story. The good question the editor must ak you is how many types in your book, how many sentences, words, letters ?. A letter of your book can be compared to an elementary event. As your book, called Universe story, going towards the past, shows an infinite number of elementary events, it has no beginning and you will never succeed in reading the foreword of the author. By the way, as shown in reference
[ 4 ]
the number of turns of our elementary clock identifies to the entropy per baryon. Log t is also called conformal time. In effect if chosen as a new time-marker the metric becomes conformally flat :
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 сжимается. Что это значит? Я не знаю ответа. Во всяком случае, эта модель не разрешает всех проблем. Мы не рассматриваем сильное и слабое взаимодействие. Это всего лишь другая точка зрения на то, что мы называем «временем».
Совместные гравитационные нестабильности.
В разделе 3 мы представили модель галактики, ограниченной своей отталкивающей средой из двойной материи. Эта работа была полулегальной. В настоящем разделе мы представляем сферически симметричное точное решение. Если начать с совместных уравнений поля, мы предполагаем, что оно бездивергентно
Из таких уравнений можно вывести уравнение Эйлера. Метод полностью аналогичен применяемому к уравнению Эйнштейна.
Связано с уравнением Пуассона:
Метод классических возмущений дает два уравнения, похожие на уравнения Джинса, Lj и
L j, являются характерными длинами Джинса.
Стационарное сферически симметричное решение, с начальными условиями:
На рисунке 19 типичное численное решение.
Фиг.
19
: Совместные гравитационные нестабильности.
Формирование кластера материи, окружённого отталкивающей средой двойной материи.
Примечание (2007, 23 мая):
Общая черта кривых зависит от начальных условий. Выбранные условия произвольны и соответствуют равным плотностям массы и равным тепловым скоростям в двух складках. Во всяком случае, мы находим интересную черту. На рисунке 19 bis мы можем построить направление гравитационного поля:
Фиг 19 bis: Эффект «темной материи»
Гравитационное поле вызывает гравитационное линзирование. Это последнее является измерением гравитационного поля, независимо от источника этого поля. В нашей теории обычная материя, та, что в нашем «складе», вносит свой вклад. «Двойная материя» тоже вносит свой вклад (она ведёт себя как материал с отрицательной массой).
Если мы выберем, что наблюдаемые сильные эффекты линзирования вызваны некоторой загадочной «темной материей», учитывая гравитационное поле и распределение видимой материи, можно вычислить распределение этой темной материи, если она существует. На рисунке 19bis мы наблюдаем инверсию направления гравитационного поля, которая сопровождается соответствующей вариацией локального гравитационного линзирования. Следуя модели материи плюс темная материя, мы можем вычислить распределение темной материи, которое даст соответствующие эффекты линзирования. Учитывая рисунок вверху рисунка 19 bis, мы бы заключили, что этот кластер окружён «пустой оболочкой темной материи». Рисунок внизу вызывает такое заключение.
Как мы знаем, телескоп Хаббла недавно обнаружил «облако темной материи». См. следующий рисунок.
Фиг 19 ter: «Облако темной материи», обнаруженное космическим телескопом Хаббла в 2007 году, май. Как «выведено из вычислений».
Неожиданно, это облако расположено в центре видимого галактического кластера.
Мы думаем, что оно не соответствует плоской структуре, а скорее сферически симметричной структуре.
Мы предсказываем, что подобные структуры скоро будут обнаружены. Во всяком случае, «облако» будет расположено в центре кластера, так что астрофизики признают, 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 мое предсказание подтвердится. Если астрофизики должны признать, что эти наблюдения соответствуют сферически симметричной структуре, как они будут моделировать эту полую темную материя оболочку?
Если это подтвердится, это может дать элементы для выбора между моделью материи плюс темная материя и моделью двойной вселенной.
Заключение сфероидальных галактик.
В разделе 7, рисунок 11, мы сказали, что поле, создаваемое дырой в однородной отрицательной энергетической материи, эквивалентно полю, созданному эквивалентным шаром, заполненным положительной энергией и окружённым пустотой. Теперь это должно быть обосновано. Давайте вспомним, как связь с уравнением Пуассона строится в классической теории (см., например
[ 52]
).
Это дает (a) :
Пишется (b). С (d) и (c) уравнение (b) идентифицируется с уравнением Пуассона. Но сразу заметим, что заданное возмущённое 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.
Таким образом, существует связь между полем и уравнениями Пуассона. Но если предположить, что Вселенная не пуста и однородна, этот метод больше не действует, так как мы не можем ссылаться на метрику стационарного состояния. Каковы последствия? Мы не можем определить гравитационный потенциал в однородной Вселенной, заполненной материей с постоянной плотностью. Если мы посмотрим на уравнение Пуассона (e), записанное в сферических координатах и предположим, что
r
— это постоянная, мы получаем сферическое решение (f) и соответствующее поле тяжести (g). Не удивительно ли находить ненулевую гравитационную силу, направленную к произвольному центру координат и стремящуюся к бесконечности с радиальным расстоянием? Объяснение: это псевдорошение не является правильным, так как уравнение Пуассона не существует в однородной Вселенной стационарного состояния. Поле нулевое везде, что кажется более физическим.
Фиг.
20
: Сферическая дыра в распределении постоянной плотности двойной материи
и соответствующий гравитационный потенциал.
Рисунок (b) показывает гравитационное поле вокруг и внутри сферы, заполненной постоянной положительной плотностью материала (как Земля). В (c) соответствующий гравитационный потенциал. 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 сферического 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.
Сводка статьи ---