宇宙学中的孪生宇宙:第二和第四部分

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 本文探讨了“孪生宇宙”理论以及两个宇宙中“孪生物质”的密度。
  • 讨论了施瓦茨希尔德外部解和负引力透镜效应。
  • 文章还探讨了物理常数(如光速)可能的变化及其对物理学的影响。

f3213 双宇宙宇宙学(第13页)

技术评论

第2节:我们对一个“孪生物质”密度被认为较高的区域进行了“放大”,因为在前一篇文章中,我们假设这种乳液系统贯穿于两个宇宙,两者平均密度均为 r 和 r*(但在第6篇论文中(辐射时代),我们将看到,后来考虑了一种宇宙演化模式,其中这两个密度在整体宇宙尺度上可能显著不同,此时尺度因子 R(t) 和 R*(t) 将表现出不同的联合演化过程)。

第4节:在计算施瓦茨希尔德外部解(3)时,会出现一个参数 m,它是一个长度量。但通常我们用这个字母来表示它。实际上,由于它只是一个简单的积分常数,其值可以为正或负。当取正值 m > 0 时,我们得到一个具有球对称性的静态时空几何,对应于质量 M 外部的空间。这种四维施瓦茨希尔德外部解的直观图像就是前面提到的“正锥面”,当然,这种图像本身非常粗糙。当取负值 m < 0 时,我们得到另一种几何结构,具有完全不同的测地线系统(不再存在椭圆或近似椭圆的轨道)。这对应于负质量 M < 0 周围的真空空间。测地线方程(10)和(11)对任意 m 值均成立。在两种情况下,光子都被认为沿零测地线(null geodesics)传播。当 m < 0 时,会产生负的引力透镜效应,如图10所示(参考第2篇论文的正文)。在本文中,这种孪生物质被称为“反向物质”。

我们试图通过这种负的引力透镜效应来解释与星系(类星体多重像)和星系团(弧状结构)相关的强烈现象,将其归因于这些天体周围不可见物质的聚焦效应,而非归因于这些天体内部存在暗物质。

第5节:在爱因斯坦方程中出现了一个常数 c。我们通常将其经典地识别为:

(1)

公式1

通过从零阶洛伦兹解出发展开度规为级数(12)得到。但此前未注意到的是,该零阶解及扰动项本质上都是静态的。c 的绝对恒定性源于物质能量守恒的假设。张量 S 本身构造为散度为零。对爱因斯坦方程取散度后,我们得到:

(2)

公式2

……即一条守恒方程,它在牛顿近似下将导出欧拉方程。但此时我们注意到,将 c 识别为(23)的形式,并不自动意味着 G 和 c 是绝对常数。它仅给出了基于当前 G 和 c 值的 c 的当前数值。如果这两者在宇宙演化过程中可能发生变化,那么 c 的绝对恒定性仅意味着:

(3) (ga32128)

……考虑光速变化在表面上可能令人震惊。然而,许多研究已提出,G 可随时间变化而 c 保持不变。顺便指出,这种情形下物质能量守恒将不再成立,因为 c 在此条件下已不再是绝对常数。

……此外,还有多项研究探讨了各种物理常数的变化。事实上,这些常数中的大多数是相对较近才被发现的。在本世纪初之前,人们甚至不知道普朗克常数或电子电荷的存在,因为量子和电子尚未被发现。当这些常数被确立后,物理学家们开始思考它们是否为绝对常数。由于它们似乎既不随日变化,也不随地球位置变化,且将它们视为绝对常数能带来有趣的结果,因此人们采纳了这一假设。只有米尔恩在三十年代认为这一结论下得太快。

……最近,一些研究人员逐一考察了这些常数,并设想如果它们在宇宙演化过程中发生变化,将会发生什么。每次触及某一常数,整个体系便彻底崩溃:原子无法形成,生命无法出现,恒星也无法正常运作,等等。

……所有这些推理都完全正确且无可辩驳。但没有人曾设想同时、协调地改变所有这些常数。

……由于在实验室中无法检测到任何局部变化,模型必须能够解释这一点。那么,实验室仪器、测量设备究竟是什么?它们是根据物理方程制造和设计的设备,而这些方程本身包含了所有这些“常数”。打个比方:我们试图判断一块铁制桌子是否膨胀,却用同一金属制成的尺子来测量。

如果测量结果始终相同,这可能意味着两种情况:

  • 要么桌子的长度是恒定的。

  • 要么桌子和尺子“同步”地膨胀或收缩,例如,随房间温度变化。

……我们寻找的是一种变化方式,使得所有物理方程保持不变。在这种情况下,显然任何测量都无法揭示变化,因为测量仪器本身会与被测物理量“同步”变化。我们承认,这种所有可用方程所共有的性质多少有些令人困惑,但这是事实。

……解决方法其实相当简单。理工科学生和物理专业学生都熟悉所谓的量纲分析。例如,取流体力学方程,其中出现压力、密度、温度等变量。我们可以令:

压力 p = p₀ p
温度 T = T₀ t

引入“特征量”和无量纲变量 p、t 等。

然后将方程转化为无量纲形式,同时自然出现特征数(如普朗特数、雷诺数)等。

……取你所能找到的所有方程(它们并非全部独立),并让所有量都发生变化。不仅包括通常变化的量,也包括那些本应不变的量(“物理常数”)。你将发现,各种量会自动产生:

R:特征长度,由变量 (x, y, z) 得出
T:特征时间,由时间变量 t 得出
G:引力常数
质量:m, mn, mp, me
h:普朗克常数
c:光速
速度(轨道速度、热运动速度):v
e:电子电荷
电场特征值:E
一个特征值……