CC BY
62
УДК 521.1
КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ ГИПОТЕЗЫ ГРАВИТАЦИОННОГО ОТТАЛКИВАНИЯ ЧАСТИЦ И АНТИЧАСТИЦ: НЬЮТОНОВСКАЯ МОДЕЛЬ
ВСЕЛЕННОЙ
С. А. Тригер1, Ю.А. Грибов2, А. А. Рухадзе3
Рассмотрена модель гравитационно-нейтральной Вселенной (ГНВ) - гигантский, но конечный 3Б-Шар, расширяющийся в бесконечном статичном пространстве Евклида. Модель базируется на антигравитации между частицами и античастицами. ГНВ-Шар заполнен поровну кластерами материи и антиматерии и свободно расширяется после эпох частичной аннигиляции и рекомбинации. Обсуждается отказ от космологического принципа и проблема положения нашей галактики в ГНВ-Шаре.
Ключевые слова: темная энергия, темная материя, антигравитация, космология.
Введение. Стандартная ЛСВМ-космология основана на общей теории относительности Эйнштейна (ОТО) и космологическом принципе (КП) - гипотезе об однородном и изотропном распределении во Вселенной Обычной Материи (ОМ) ~4% и доминирующей Холодной Темной Материи (ХТМ) ~26% с космологической постоянной Л > 0 - гипотетической Темной Энергией (ТЭ) ~70% вакуума. КП был подтвержден [1], но обнаружены и серьезные отклонения от КП, обобщенные в обзоре [2].
Эйнштейн первым предложил в рамках ОТО замкнутую квазистатичную Вселенную (1917) с однородным на больших масштабах тяготеющим веществом и с Л > 0 (КП-однородной плотностью энергии вакуума с антигравитационным давлением на вещество [3]). Фридман (1922) рассмотрел замкнутую Вселенную на базе ОТО+КП, с
1 Объединенный институт высоких температур РАН, 127412 Россия, Москва, ул. Ижорская, 13/19; e-mail: [email protected].
2 Институт природы времени, МГУ, 119991 Россия, Москва, Ленинские горы, 1; e-mail: [email protected].
3 ИОФ РАН, 119991 Россия, Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: [email protected].
динамическим (расширением/сжатием) метрики пространства ОТО при Л = 0 [4]. Вселенная Дирака-Милна (ВДМ) [5] также использует ОТО, но уже предполагает равное количество материи и антиматерии и гипотезу их антигравитации - защиты от полной аннигиляции после Большого Взрыва (БВ), что объясняет хаббловское расширение Вселенной без ускорения, нуклеосинтез и т.д. [5]. ЛСБМ и ВДМ основаны на КП и ОТО, с базовой парадигмой расширения пространственной метрики.
Ниже предлагается отказ от ОТО+КП на Больших Космологических Масштабах (БКМ) и возврат к ньютоновской гравитации в пространственно конечной Вселенной (погруженной в бесконечное статичное евклидово пространство), где парадигма расширения пространственной метрики сменяется физически прозрачной парадигмой расширения расстояния между отталкивающимися кластерами материи и антиматерии.
Это возможно в модели ГНВ со слабым ньютоновским (а) притяжением материи к материи и антиматерии к антиматерии и (б) гравитационным отталкиванием материи и антиматерии. ГНВ-Шар состоит из равного количества вещества и антивещества, он "невесом" и однороден на масштабах с Я >> 2 Мпс, при которых обнаружены свидетельства антигравитации вокруг некоторых групп галактик [6]. В ГНВ-Шаре сохраняется квазиевклидовость от БВ до настоящего времени, т.к. поправки ОТО малы на больших масштабах и ГНВ-космодинамика регулируется слабыми ньютоновскими гравитацией и антигравитацией. ГНВ-Шар заполнен однородной композитной смесью из равного количества (материи и ТМ)/(антиматерии + Темной Антиматерии (ТАМ)) - кластеров галактик/антигалактик. Он имеет центр, радиальную симметрию, 2В-сферическую границу и погружен в бесконечное статичное евклидово 3В-пространство [7]. Это дает ряд принципиально новых космологических следствий:
(а) КП глобально нарушается вдали от центра конечного однородного ГНВ-Шара [8];
(б) Млечный Путь находится в ГНВ-Шаре на определенном расстоянии от центра;
(в) Принцип Эквивалентности (ЭП) Эйнштейна и ОТО действительны только внутри фракций материи (ОМ-ОМ), антиматерии (ОАМ-ОАМ), (ТМ-ТМ), Темной Антиматерии (ТАМ-ТАМ) [9];
(г) поток Хаббла - результат "невесомости" ГНВ-Шара на больших масштабах [7];
(д) природа ТЭ, отвечающая за наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной [10, 11], возникает в квазиплоской модели ГНВ-Шара (при Л = 0) лишь в силу антигравитации между кластерами вещества/антивещества [7];
(е) Космический Микроволновый Фон (КМФ) не есть "эхо" эпохи рекомбинации
в ГНВ-Шаре, т.к. освобожденные реликтовые фотоны вылетели из него и КМФ есть актуальный планковский спектр излучения при Т ~ 2.7 К в расширенном объеме ГНВ;
(ж) Эпоха гиперинфляции [12] и ее гравитационные волны исключены при гладком "невесомом" расширении ГНВ, где однородность и плоскостность сохраняются за счет естественного механизма самоусреднения плотности ГНВ-Шара с антигравитацией.
Недавно открытые крупномасштабные КП-аномалии. Недавно обнаруженные крупномасштабные космологические аномалии "указывают на нетривиальный отход от КП на масштабах Хаббла" [2]. Это (1) суперкрупные неоднородности; (2) КМФ возмущения на больших угловых масштабах; (3) крупномасштабные "темные потоки" [13-15]; (4) крупномасштабное выравнивание данных оптической поляризации в квазизвездных объектах ^БО); (5) анизотропия ускоренного расширения; (6) пространственная зависимость величины постоянной тонкой структуры, и т.д. [2]. Обнаружены крупномасштабные потоки скорости (ЬБУЕ) на масштабах порядка 100 Мпс с величиной скорости около 400 км/с в направлении (I = 282°, Ь = 6°) [13] и также ЬБУЕ в 600-1000 км/с на расстояниях в 300-1000 Мпс в сходном направлении (I = 296°, Ь = 39°), по эффекту Сюняева-Зельдовича [14, 15]. В связи с этими КП-аномалиями "представляет интерес определить классы физических моделей, которые могли бы предсказать существование некоторых или всех вышеперечисленных космических аномалий" [2], например, с помощью локальных очень больших пустот - войдов.
Концепция ГНВ-Шара, исключающая глобальное применение КП. ЛСБМ-Вселенная есть конечная раздуваемая 3В-гиперсфера без границ, крупномасштабно одинаковая для всех точек наблюдения, КП-однородно покрытая тяготеющей ОМ+ХТМ и отталкивающей ТЭ. Равномерно надуваемый 2В-шарик покрытый 2В-галактиками и растущими "по Хабблу" расстояниями между ними есть 2В-аналог "расширения 3В-метрики" (рис. 1, слева).
ГНВ-Шар состоит из гравитационно-нейтральной смеси галактических и антигалактических кластеров, где ХТМ и Холодная Темная Антиматерия (ХТАМ) одинаково представлены (рис. 1, справа), но пропорции ОМ/ХТМ и ОАМ/ХТАМ в кластерах варьируются. ХТАМ необходима для гравитационной нейтральности ГНВ, но отсутствует в ЛСБМ и ВДМ [5]. В ГНВ-Шаре есть слабая - ньютоновская (а) гравитация внутри фракций ОМ; ОАМ; ХТМ; ХТАМ и (б) антигравитация между соседними ОМ/ОАМ; ОАМ/ХТМ; ХТМ/ХТАМ - фракциями материи/антиматерии (рис. 1, справа), поскольку ОТО дает практически пренебрежимые < 10-4 отклонения от ньютоновской гравитации на больших масштабах даже для Вселенной только с материей, см. Альфвен
Рис. 1: Слева - конечная замкнутая ЗБ-Вселенная с галактиками из материи. Справа - конечный "невесомый" ЗБ-Шар (с 2Б-сферической границей), заполненный композитными кластерами материи и антиматерии.
([16], стр. 17). ОМ, ТМ и ТАМ, в отличие от [5], имеют разную физическую природу [7-9]. Концепция ГНВ-Шара объясняет загадочную природу ТЭ и известный ТЭ и ТМ тюнинг, сохраняющий евклидовость и хаббловское расширение. Слабая ньютоновская гравитация-антигравитация обеспечивает космологию на больших масштабах, без расширения метрики пространства.
Рис. 2: Слева - центрально-симметричный, однородный "поток Хаббла". Справа - наблюдатель на расстоянии ROA = O A от O, VOA = H0 Roa как "Темный противопоток".
Идея КП в ГНВ-сфере возникет у наблюдателя, близкого к O-центру Большого Взрыва (см. рис. 2, слева). Естественно, что у всех существенно отдаленных от центра
наблюдателей будут соответствующие сильные отклонения от предсказаний КП [8].
Кинематическое расширение ГНВ-Шара по отношению к наблюдателю A, радиаль-но смещенному на Roa = OA от центра O Вселенной-сферы, имеет скорость Хаббла Voa = H0Roa. Этот наблюдатель будет видеть противопоток Vafiow = -Voa (рис. 2):
Vafiow = -Voa = -HqRoa. (1)
Недавно Kashlinski и др. [14, 15] открыли явление Темного Потока (ТП) со скоростью Va(df) — 700 км/с. Используя уравнение (1), найдем Roa при H0 — 70 км/с/Мпс
ROA = (700 km/s)/H0 — 10Mps. (2)
Наблюдаемая Вселенная имеет радиус Runiv. — 14000 ММпс >> Roa. Следовательно, наша галактическая группа находится почти в центре огромного ГНВ-Шара, с возникающей иллюзией выполнения КП. Рис. 2 справа предполагает одинаковый Vafiow дипольный поток (по отношению к радиальным потокам Хаббла) для всех галактик в ГНВ-Шаре, но [14, 15] дают примерно дважды разнящиеся скорости "темного потока": 400 км/с (R — 100 Мпс) и 600-1000 км/с (R —300-1000 Мпс). Это различие может быть объяснено некоторой асимметрией ускоренного расширения Вселенной, создающей повышение скорости потока для кластеров в 3-10 раз более отдаленных, чем по данным [15].
Выводы. "Темные" глобальные проблемы стандартной космологии: (1) ТЭ, (2) ТМ, (3) исчезновение ОАМ, (4) природа "Темного Потока" могут быть одновременно решены на основе гравитационно-нейтральной модели ГНВ-Шара. Принцип эквивалентности (ЭП) ОТО изменяется для гравитационного взаимодействия между OM/OAM, ТМ/ТАМ, и т.д. в связи с предсказанием дополнительной симметрии гравитационных "зарядов" (+/-)m между фракциями OM/OAM, ТМ/ТАМ, при сохранении классического ЭП лишь внутри каждой фракции ОМ-ОМ, OAM-OAM, ТМ-ТМ, ТАМ-ТАМ [7, 9].
ГНВ-Шар переходит к ускоренному расширению после долгой эволюции разделения материи и антиматерии и укрупнения кластеров (в пределе возможно лишь на две отталкивающиеся супермассы —(+/-)Muniv. [17]). Нет нужды в гипотетической Л, она заменяется коллективной, динамической отталкивающей "темной" потенциальной энергией ТЭ(ОМ+tm)/(oam+tam) антигравитации частиц/античастиц [7]. Идея антигравитации ОМ/ОАМ [18] и ее космологические приложения [5, 7] привлекли внимание лишь после открытия феномена ТЭ [10, 11].
Модель ГНВ нейтральна (евклидова и однородна) с момента БВ - в ней нет стадии гиперинфляции (Guth [12]), нет ее гравитационных волн, поэтому КМФ-поляризация [19] вызвана космической пылью (Planck Satellite [20]). КМФ не есть "эхо" эпохи рекомбинации - свободные "реликтовые фотоны" вылетели из еще относительно небольшой ГНВ-сферы и навсегда потеряны для нас. КМФ - актуальный планковский спектр излучения черного тела (T ~ 2.7 К) в термодинамически квазиравновесной космической среде. Прямые тесты OM/OAM гравитации/анитигравитации (лабораторной проверки ГНВ-концепции) будут проведены в конце 2015 года в ЦЕРНе [21-23].
Авторы благодарны Виктору Боброву, Александру Ершковичу, Борису Клумову, Питеру Шраму и Анатолю Загороднему за ценные обсуждения. Сергей Тригер благодарен за поддержку Российскому научному фонду (грант РНФ № 14-50-00124).
ЛИТЕРАТУРА
[1] Planck collaboration "Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters"; arXiv:1303.5076 [astro-ph.CO] (2013).
[2] L. Perivolaropoulos, Large Scale Cosmological Anomalies and Inhomogeneous Dark Energy; arXiv:1401.5044 v1 [astro-ph.CO] (2014).
[3] A. Einstein, Sitzung der Physikalisch-Mathematischen Klasse 8, 142 (1917).
[4] A. Friedmann, Die Welt als Raum und Zeit. Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften, Band 287, (1923).
[5] A. Benoit-Levy, and G. Chardin, Astronomy and Astrophysics 537, 1 (2012).
[6] A. D. Chernin, P. Teerikorpi, M. J. Valtonen, et al., Dark energy and the mass of the Local Group; arXiv: 0902.3871v1 [astro-ph.CO] (2009).
[7] I. A. Gribov, S. A. Trigger, Jeans instability and anti-screening in gravitational-antigravitational model of Universe; http://arxiv:1404.7122 (2014); S. A. Trigger, I. A. Gribov, J. Phys.: Conf. Series 653, 012121 (2015).
[8] S. A. Trigger, "Cold dark matter and dark energy in universe: possible anisotropy of the Earth observations", XXX International conference "Interaction of intense energy fluxes with matter" - IIEFM, Elbrus 2015, Book of abstracts (Moscow & Chernogolovka & Nalchik, 2015), p. 208.
[9] I. A. Gribov, From the waveguided gravity to the periodic waveguided Multiverse as united solution of dark energy and dark matter, SUSY - mysteries; http://vixra.org: 1304.0135v1 (2013).
[10] S. Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 517(2), 565 (1999).
[11] A. G. Riess, B. P. Schmidt, et al., The Astronomical Journal 116(3), 1009 (1998).
[12] A. Guth, Physical Review D 23, 347 (1981).
[13] R. Watkins, H. A. Feldman, M. J. Hudson, Mon. Not. R. Astron. Soc. 392, 743 (2009); Galaxies 2, 55 (2014).
[14] A. Kashlinsky, F. Atrio-Barandela, D. Kocevski, H. Ebeling, Astrophys. J. 686, L49 (2008).
[15] F. Atrio-Barandela, A. Kashlinsky, H. Ebeling, et al., Probing the Dark Flow signal in WMAP 9 yr and PLANCK cosmic microwave background maps; http://arxiv: 1411.4180 (2014).
[16] H. Alfven, J. Astrophys. Astr. 5, 79 (1984).
[17] B. A. Klumov, S. A. Trigger (private communication, numerical modeling, to be published 2015).
[18] L. I. Schiff, Phys. Rev. Lett. 1, 254 (1958).
[19] P. A. R. Ade et al., Phys. Rev. Lett. 114, 101301 (2015).
[20] R. Adam et al., Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes - Planck Collaboration; arXiv:1409.5738. [astro-ph.CO] (2014).
[21] G. B. Andresen et al., Nature Physics 7, 55 (2011).
[22] S. Aghion et al., (AEgIS Collaboration) Prospects for measuring the gravitational freefall of antihydrogen with emulsion detectors; http://arXiv:1306.5602 (2013).
[23] G. Chardin et al., Preprint: CERN-SPSC-2011-029 / SPSC-P-342 (2011).
Поступила в редакцию 16 июля 2015 г.
