а101

Введение.

Наша цель — представить некоторые новые идеи в астрофизике, космологии и теории элементарных частиц.

Лежащие в основе идеи относительно просты. Их можно выразить в трёх различных формах:

• На языке специалиста.

• Схематически.

• Обычным образом.

Можно писать научно-популярные тексты, следуя разным методам.

...В целом автор научно-популярных книг предлагает красивые образы, чтобы стимулировать воображение читателя. Но к концу книги он не приобретает многого.

Используя образы, я имею в виду геометрию, которая за последнее столетие сильно вторглась в физику, можно предложить лучшую пищу для ума.

...Адекватное аналогическое преобразование позволяет вызвать в воображении главные цели и пути теории. Кстати, в конце читатель приобретает прочные знания по двумерной геометрии.

Ньютон и анти-Ньютон.

...Космические структуры организуются фундаментальной силой: гравитацией. Если бы объекты космоса не притягивались взаимно, там ничего бы не происходило. Галактики не сформировались бы, как и звёзды или планеты. Нас бы здесь не было, чтобы обо всём этом говорить. Например, если бы гравитационная сила была силой отталкивания, она держала бы объекты далеко друг от друга. Космос оставался бы аморфным, дряблым, что было бы смертельно скучно.

Закон притяжения — это закон Ньютона:
(1)

G — гравитационная постоянная. m и m' — две массы, d — расстояние между ними.

...Как будет показано далее, наша модель включает «нормальные массы m» и нечто, что мы называем «призрачной массой m». Галактики, звёзды, планеты, люди, кошки состоят из нормальной массы. Никто не знает, существуют ли призрачные кошки.

...Главное в том, что материя и призрачная материя взаимодействуют только через гравитационную силу. Вне этого они игнорируют друг друга. Например, они не могут обмениваться фотонами, так что призрачные объекты невидимы из нашего слоя Вселенной. И наоборот, если существует «призрачный наблюдатель», он не может видеть нас, ни наши галактики, звёзды и т. д.

Схема взаимодействия следующая:
(2)

Две обычные массы притягиваются друг к другу согласно классическому закону Ньютона.

То же самое для двух призрачных масс.

Но обычная масса и призрачная масса отталкиваются друг от друга согласно некоему «анти-ньютоновскому» закону:
(3)

...Мы могли бы поместить два набора точечных масс, соответствующих обычным и призрачным массам, в компьютер, позволить им взаимодействовать и посмотреть, что произойдёт. Но физик сразу возразит:

• Ваша призрачная материя имеет отрицательную массу m* < 0!

Действительно, если мы изменим знак одной массы в законе Ньютона:
(5)

знак силы меняется.

...Но если мы изменим знак обеих масс, сила не изменится. Тогда можно было бы склоняться к выводу, что в этой модели у нас просто два вида масс: одна положительная, другая отрицательная, поскольку это учитывает предложенную схему силы.

...Но отрицательные массы m* < 0 идут с энергиями m*c2 < 0, что было впервые исследовано французским математиком Жаном-Мари Сурио в его книге:

Structure of Dynamic Systems (первое издание во Франции, 1973, страницы с 197 по 200):

Birkhauser Ed. 1997.

...Объекты с отрицательной энергией порождают серьёзную проблему. Действительно, что происходит, когда они сталкиваются с объектом с положительной энергией (положительной массой)?

...Это не соответствует аннигиляции материи и антиматерии. Как будет показано в Geometrical Physics B, 4, антиматерия, находящаяся в нашей вселенной, обладает положительной массой и положительной энергией. Их встреча даёт фотоны. Два образовавшихся фотона несут полное количество энергии частиц материи и антиматерии до их столкновения. Если бы два объекта с противоположными энергиями могли встретиться, столкнуться, результат должен был бы быть совершенно иным. Это дало бы... ничего.

...В самом начале вселенной, согласно Стандартной модели, материя и антиматерия часто сталкиваются, производя фотоны высокой энергии. Но, наоборот, эти фотоны высокой энергии дают пары частиц материи и антиматерии. Два процесса уравновешивают друг друга в ранней вселенной. Но если бы Вселенная содержала положительные и отрицательные массы, частицы с положительной энергией и частицы с отрицательной энергией, эти два подмножества просто взаимно уничтожили бы друг друга. Если бы начальная пропорция была пятьдесят на пятьдесят, вся вселенная исчезла бы.

Вот почему физики так скептически относятся к частицам с отрицательной массой.

...Вот почему необходима схематическая презентация модели. Как будет показано далее, «это работает так, как если бы призрачная материя обладала отрицательной массой». Чтобы подойти к этому кажущемуся парадоксу, нам нужно изучить немного геометрии.