Космология двойных вселенных
Астрономия и науки о космосе
226
: 273-307, 1995
Жан-Пьер Петит
Обсерватория Марселя, Франция
Аннотация
...
Исходя из уравнения поля
S = c ( T - A( T ) ), представленного в предыдущей статье, мы представляем последние результаты, основанные на численных симуляциях, приводящие к новой модели, применяемой к очень большой структуре Вселенной. Разрабатывается теория обратного гравитационного линзирования, в которой наблюдаемые эффекты могут быть в основном вызваны действием окружающей «антиподальной» материи. Это альтернатива объяснению, основанному на существовании темной материи. Затем мы развиваем космологическую модель. Из-за гипотезы однородности метрика должна быть решением уравнения
S = 0, хотя общая масса Вселенной не равна нулю. Чтобы избежать тривиального решения R = постоянная × t, мы рассматриваем модель с «переменными константами». Затем мы выводим законы, связывающие различные физические константы: G, c, h, m, чтобы сохранить неизменными основные уравнения физики, так что изменение этих констант не измеримо в лаборатории: единственный эффект этого процесса — красное смещение, вызванное долгосрочным изменением этих констант. Все энергии сохраняются, но не массы. Мы находим, что все характерные длины (Шварцшильда, Джейнса, Комптона, Планка) изменяются как характерная длина R, отсюда все характерные времена изменяются как космическое время t. Поскольку энергия фотона hn сохраняется во время его полета, уменьшение его частоты n вызвано ростом постоянной Планка h ∝ t. В таких условиях уравнения поля имеют единственное решение, соответствующее отрицательной кривизне и закону эволюции: R изменяется как t²/³.
Модель больше не изоэнтропична и s ∝ Log t. Космический горизонт изменяется как R, так что однородность Вселенной обеспечена в любой момент времени, что является альтернативой теории инфляции. Мы находим, для умеренных расстояний, закон Хаббла. Новый закон: расстояние = f(z) выводится, очень близкий к классическому для умеренных красных смещений.
Введение
В предыдущей статье [1] был представлен космологический модель, основанный на новом уравнении поля:
(1)
S = c ( T - A( T ) )
которое следует из лагранжиана ( R+ - R- )
Уравнение Эйнштейна:
(2)
S = c T
является локальным уравнением, означающим, что локальная геометрия Вселенной (тензор S) определяется локальным содержанием энергии-материи (тензор T). В уравнении (1) мы предположили, что гиперповерхность пространства-времени имеет топологию S³ × R¹ и что локальная геометрия Вселенной определяется как локальным содержанием энергии-материи, так и содержанием энергии-материи связанной антиподальной складки, через соотношение антиподальности A.
Рисунок 1: Соотношение антиподальности, инвариантное по координатам.
...
Если s представляет координаты пространства, две геодезические, исходящие из M, фокусируются в антиподальной точке M*, или A(M). A — это инволютивное отображение. Мы можем дать дидактическое изображение, чтобы схематизировать физический смысл уравнения (1).
...
Рассмотрим полую сферу S², изготовленную из непрозрачного материала. Мы предполагаем, что в этом материале тепло не распространяется, но вызывает расширение. Если мы наносим тепловую энергию в некоторых местах, поверхность будет формироваться за счет расширения. В такой модели тепло представляет энергию (тензор T). Расширение материализует влияние локального содержания энергии на локальную геометрию. Свет не распространяется в этом материале, как предполагается. Но мы можем предположить, что звуковые волны могут распространяться и переносить информацию от одного пункта к другому.
...
В классической Общей теории относительности свет не «содержится» в модели, так как электромагнитная энергия не явно присутствует в тензоре энергии (хотя в тензоре T могут присутствовать члены давления излучения), поэтому распространение света вдоль нулевых геодезических является лишь гипотезой, хорошо подтвержденной наблюдениями и экспериментами. Аналогом звуковых волн в классической модели ОТО являются гравитационные волны, которые мы можем построить, возмущая уравнение поля. Однако мы не можем построить электромагнитные волны из уравнения (2), и мы предполагаем, что они следуют нулевым геодезическим многообразия, как и гравитационные волны.
...
В уравнении (1) мы предположили, что свет также следует нулевым геодезическим. Кроме того, мы предположили, что локальная геометрия S определяется как локальным содержанием энергии-материи T, так и связанной антиподальной содержанием A(T). В нашей предыдущей статье [1], используя классическое приближение слабого поля и малых скоростей, мы показали, что «антиподальная материя» (расположенная в s*) действует на материю (расположенную в s) как «распространение отрицательной массы», из-за наличия минуса в уравнении поля (1).
Мы можем схематизировать это в следующей 2D модели. Возьмите плоскость и разместите массы с обеих сторон, обозначенные маленькими дисками.
...
Две массы могут столкнуться и обмениваться фотонами, если они расположены на одной стороне. Они не могут это сделать, если они расположены на противоположных сторонах. Две массы, расположенные на одной стороне, притягиваются по закону Ньютона. Две массы, расположенные на противоположных сторонах, отталкиваются по закону Ньютона. Частицы, расположенные на одной стороне, могут обмениваться фотонами, но не те, что расположены на противоположных сторонах (плоскость непрозрачная). См. рисунок 2.
Рисунок 2: Двумерное представление системы сил. Если частицы находятся на одной стороне, они притягиваются по закону Ньютона. Если они принадлежат противоположным сторонам, они отталкиваются по закону Ньютона. Фотоны j могут путешествовать от A к B и от C к D и наоборот, так как они находятся на одной стороне. Они не могут путешествовать от E к F, и наоборот.
...
В нашей предыдущей статье мы показали, с помощью аналитического решения, что этот механизм обеспечивает эффект «пропавшей массы» для наблюдателя, находящегося на одной стороне, если он игнорирует существование частиц на другой стороне. Некоторые результаты численных симуляций в 2D были представлены [1]. Они предоставили, на больших масштабах, неоднородный узор. См. ссылку [1], рисунок 7.
...
Но это не похоже на известную Вселенную, которая кажется довольно пористой. В 1970 году Зельдович предложил свою известную теорию «блинов» [2]. Эффект «блинов» впервые был продемонстрирован в численных моделях эволюции трехмерного распределения массы Дорощевичем и др. (1980), Клыпиным и Шандарином (1983) и Центеллой и Меллотом (1983) [3, 4, 5]. Меллот и Шандарин (1990) дали изящное доказательство эффекта, используя двумерные вычисления, которые обеспечивали значительно лучшее разрешение для заданного числа частиц, см. ссылку [6]. Шандарин (1988) и Кофма, Погосян и Шандарин (1990) представили мощный полуполуаналитический метод для прогнозирования положения «блинов» из начальных условий [7 и 8]. Недавно (1992) Меллот использовал 3D набор из 64³ частиц с периодическими граничными условиями. Согласно Меллоту, плотностные флуктуации остаются небольшими. Как отметил Пиббс в 1993 году [9]: «Это не может быть вся история, потому что найденные блины — это временный эффект: со временем масса в блинах стекает в скопления, концентрированные во всех трех измерениях. Это означает, что если локальная плоскость галактик была блином, она должна была образоваться недавно». Затем Пиббс спросил: «Могла ли быть вторая генерация блинов, образовавшаяся в результате коллективного коллапса групп скоплений, образовавшихся из первой генерации?» Но он сразу же заключил: «Это не следует из приведенного анализа, потому что это зависит от непрерывности поля скоростей, которое позволяет записать разложение в ряд для эволюции относительных положений. После формирования первой генерации скоплений, которые могут быть галактиками или их предками, поле скоростей в общем случае не имеет длины когерентности, и анализ на основе непрерывности не применяется».
...
В заключение, теория «блинов» не может описать, в своем текущем состоянии, наблюдаемую структуру на больших масштабах.