A súlyosságú bimétrique vagy bigravité két különböző kozmológiai modellkészletet tartalmaz . Az első halmaz a gravitációs törvény módosított matematikai elméletein alapszik , amelyekben egy metrikus feszültséget két helyett használnak. A második mutató bevihető a nagy energiasűrűségű állapotok számításaiba , azzal a következménnyel, hogy a fény sebessége függhet az energia sűrűségétől, ami lehetővé teszi a modellek számára a változó fénysebesség használatát . Ezekben az esetekben a második mutató gravitonokra , hipotetikus részecskékkel ( tömeggel ) felruházva, sőt néhány "tömegspektrum" vizsgálatban is utal. Ezt követően kiterjesztések az elmélet tömege gravitációs (in) .
Éppen ellenkezőleg, az elméletek bimetric gravitáció, a második sor nem támaszkodnak tömeges gravitonok nem módosítja Newton-törvények , hanem leírják az Univerzum egy sokrétű , amelynek két összekapcsolt Riemann metrikák , ahol az anyag élő két szektor egymásra hat a gravitáció, beleértve az univerzum két oldala között. A taszító gravitáció és antigravitációs megjelenik, ha a topológia és a newtoni közelítés (in) tekinthető bevezetése negatív tömegek és állapotait negatív energia (in) a kozmológia alternatívájaként a sötét anyag és a sötét energia . Ezen kozmológiai modellek egy része változó fénysebességet is alkalmaz a sugárzási korszak (in) nagy energiasűrűségű állapotában , megkérdőjelezve a kozmikus infláció hipotézisét .
Így a bimetrikus modellekre vonatkozó javaslatok sokfélesége van, amelyeknek leggyakrabban kevés közös vonása van, és amelyek többé-kevésbé előrehaladottak a megfigyelések magyarázatában. Hossenfelder 18 olyan személyt azonosított, amelyek hasonlóak a szimmetriához, mint ő.
Az antianyag talánya - "Miért van olyan kevés antianyag az univerzumban?" "( Az univerzum barioni aszimmetriája ), vagy más szavakkal:" miért az anyag érvényesül az antianyag felett? ( Barionogenezis ) - néhány tudós számára a párhuzamos univerzum egy formájának hipotéziséhez is vezetett (például Andreï Saharov és Jean-Pierre Petit által leírt CPT-szimmetriás táblák ). A kvantumtérelmélet keretein belül ez az aszimmetria megköveteli a három Szaharov-feltétel teljesülését: a CP-szimmetria megtörését , a barionszám megőrzésének elmaradását és az egyensúlyon kívüli termikus folyamatot, amely magában foglalja ezt a két jelenséget. A részecskék standard modellje megőrzi ezt a barionszámot, és általában úgy vélik, hogy a standard modellben jelen lévő CP-szabálysértés nem elegendő a felesleges anyag magyarázatához, ezért a standard modellen túl fizikára van szükség .
A sötét anyag, mint a világegyetem hiányzó tömegének javasolt megoldásaA kozmológiai modell feltételezi a sötét anyag létezését, hogy megmagyarázza a csillagok sebességét a galaxisokban, a galaxisok sebességét a halmazokon belül, a halmazok sebességét a szuper klasztereken belül, valamint a szuper klaszterek körüli erős gravitációs lencsék hatásait.
Az első probléma az, hogy a sötét anyag 10-30-szor nagyobb tömeget képvisel, mint a látható anyag.
A második probléma az, hogy a sötét anyag energia-impulzus tenzorát egészében vagy egy részében el lehet tolni Einstein egyenletének jobb oldaláról a bal oldalára , ami egy módosított gravitációs elméletet eredményez, például a MOND elmélet helyett az általános relativitáselmélet megőrzése és az anyag tartalmának megváltoztatása. A Bullet klaszter és más hasonló klaszterek megfigyelése azonban hajlamos a sötét anyag hipotézisének alátámasztására a gravitáció klasszikus MOND elmélet általi módosításának rovására.
Egy másik fő probléma az, hogy ahhoz, hogy beilleszkedjen a standard részecskemodell kiterjesztésébe, a sötét anyagot részecskékből kell felépíteni. Az 1990-es évek óta az előnyben részesített jelölt a legkönnyebb neutino, amelyet a szuperszimmetria jósol . De ezeknek a részecskéknek a kimutatására szentelt kísérletek egyike sem ( a legfontosabbak a XENON , LUX (en) ). Ezenkívül az LHC eddig nem mutatta a szuperszimmetria bizonyítékait . A kutatások most haladnak az 1 GeV- nál kisebb tömegű sötét anyagú részecskék jelölt részecskéinek szűz tartománya felé , és egy évtizedet kellene igénybe venni, amíg rögzítik őket. Ma tehát a sötét anyagra jelölt részecskék hiánya nyitott probléma.
Az univerzum felgyorsult tágulása1998 óta bebizonyosodott, hogy az Univerzum tágulása gyorsul, pontosabban, mint a lassulási paraméter
a negatív és ma egyenlő a -0,5275. Körülbelül 6 milliárd évvel ezelőtt 0 volt, és korábban pozitív volt (a lassulás korábbi szakasza az Univerzum tágulásában). A jövőben is folytatódik az alsó -1-es határértéke felé, amely megfelel egy minimális H-határértéknek (amely idővel csökken) és nulla értékének Ḣ = dH / dt. A Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker metrika keretein belül , amely Einstein egyenletének megoldása egy homogén és izotrop univerzumra, ez a megfigyelés a jellemző jele annak, hogy a kozmológiai állandó nem nulla. Kiderült, hogy ez még a teljes energiasűrűség mintegy 70% -át , Ω Λ ≈ 0,7 (és még pontosabban 0,685-et képviseli a PLANCK- kísérlet mérései szerint ). A kozmológiai állandó az általános relativitáselmélet szabad paramétere: amint Elie Cartan kimutatta , a metrika egyetlen második deriváltjától lineárisan függő legáltalánosabb egyenletek Einstein kozmológiai állandóval rendelkező egyenletei (az a tény, hogy ez utóbbi nem volt része az elmélet Einstein által kiadott első változata csak történelmi baleset).
Két pont ezután kérdéseket vet fel. Először is, ha a kozmológiai állandót vákuumenergiaként próbáljuk modellezni, akkor a kvantumtérelméletben a szokásos módszerekkel végzett számítási kísérletek más eredményt adnak 120 nagyságrenddel. Ezután a kozmológiai állandó a Planck idején az anyag töredékének 10–95-ével egyenlő volt , ami úgynevezett finomhangolási problémát jelent, ha ez az állandóság egy alapvetőbb elméletből fakadó jelenség lenne.
E kérdések megoldása aktív kutatás tárgya . Egyes modellek például megpróbálnak egységes magyarázatot találni a sötét anyagra és a kozmológiai állandóra, mint a sötét folyadék modellje , míg mások csak utóbbit próbálják modellezni egy skaláris mező bevezetésével, amelyből az állapotegyenlet kozmológiai állandót eredményez változik az idő függvényében, ami lehetővé teheti a finombeállítás problémájának megoldását a Planck-skálán: lásd a Quintessence modelljét . Egy másik megoldási megközelítés a bimetrikus kozmológiai modellek.
A bevezetőben említett elméletek első csoportjában, ha a két mutató dinamikus és kölcsönhatásban van, az első lehetőség két graviton módot foglal magában , az egyik tömeggel, a másik tömeggel; az ilyen bimetrikus elméletek akkor nagyon közel vannak a masszív gravitációhoz (in) . Számos bimetrikus elmélet létezik masszív gravitonokkal, ilyeneket Nathan Rosennek (1909–1995) vagy Mordehai Milgromnak tulajdonítottak a MOND bimetrikus elméletével, amely a MOND-elmélet relativisztikus általánosítása . Újabban a hatalmas gravitációban bekövetkezett fejlemények új változatokhoz vezettek a bimetrikus gravitáció terén is. Azonban egyikük sem tudott pontosabban vagy következetesebben számolni a fizikai megfigyelésekkel, mint az általános relativitáselmélet . Rosen elmélete bebizonyosodott, hogy nem kompatibilis a Hulse - Taylor bináris pulzár megfigyeléseivel . Ezen elméletek némelyike a kozmikus terjeszkedés felgyorsulásához vezet a késői korszakokban, ezért alternatívája a sötét energiának .
Andrej Szaharov a bimetrikus modellek egyik előfutára volt, és úgy gondolhatjuk, hogy utat nyitott ezen a területen a további munkához. A elmélete Born-Infeld (1934) úgy lehet tekinteni szerinti Moffat mint a bimetrikus modell nagyon korai formája, bár a gravitációra nem vonatkozik.
Miután a paradoxon a megsértése CP szimmetria , Andrej Szaharov az 1967 feltételezték, hogy létezik egy második univerzum, párhuzamos, ahol az antianyag lenne túlsúlyban szimmetrikusan az anyag felett. Az alapvető univerzum felosztása két párhuzamos univerzumba, úgynevezett „lapok” -ba, ahol az egyik az anyagban dominál, az antianyag pedig a másikban, összeegyeztetheti a kozmológiai modellt és a megfigyeléseket. Ez az ikeruniverzum CPT szimmetriában lenne a miénkkel szemben:
Ezek a tulajdonságok azt jelentik, hogy a szokásos kérdés váltaná van egy antianyag, mint eredetileg meghatározott Stueckelberg (az ötlet antirészecskéi amely „menjen vissza az időben” veszik fel Feynman ő ábrák ).
Ban ben 2018. december, Latham Boyle, Kieran Finn és Neil Turok egy kozmológiai modellt tett közzé, amely egy tükrös univerzumunk létezésén alapul, antianyaggal benépesítve és "az időben visszamegy", hasonlóan Szaharovhoz. Ezért a CPT szimmetriában van. Ez egy olyan magyarázat, amelyet " nyilvánvalónak " hangsúlyoznak az anyag jelenléte és az antianyag hiánya miatt az ismert univerzumunkban. A szerzők ismertetik egy feltételezett új faj igen nagy tömegű neutrínó (több mint 500 millió alkalommal nehezebb, mint a proton, vagy 4,8 × 10 8 GeV / c²) jelöltként magyarázatot a természet sötét anyag.
1977-ben Jean-Pierre Petit egy atipikus (nem bimetrikus és nem relativisztikus) gravitációs elmélet felépítésébe kezdett. 1994-ben a modellt az univerzum bimetrikus leírása alapján fejlesztették ki. Végül 2010 után Janus kozmológiai modellnek nevezte, a két arcú istenre hivatkozva, aki „egyszerre tekint a jövőbe és a múltba” a két ikeruniverzumot jellemző két ellentétes nyil kapcsán ( CPT szimmetria ). 2015-ben zajlik egy evolúció, amely tükrözi az univerzum tágulásának gyorsulását. Ezt a verziót érvénytelenítették itt:2019 január és ismét ennek megfelelően módosított, szintén 2019 január, Thibault Damour fizikus kritikája nyomán , amely a modell belső következetlenségét bizonyítja.
Ez a nem szabványos modell első publikációi óta nem váltott ki nagy érdeklődést a tudományos közösség iránt .
A részecskefizikában az elmélet hasonlóságot mutat a rejtett szektorok tüköranyagával, amelyet a CP-szimmetria megsértésére válaszul javasoltak . Az általános relativitáselméletben a bimetrikus gravitáció pozitív és negatív tömegű, egymást követő független tanulmányai ugyanazokra a következtetésekre vezettek a gravitációs törvényekkel kapcsolatban.
A modell egy cselekvésből származik . Csak egy masszát használ: a relativisztikus masszát , plusz vagy mínusz előjellel.
Ugyanazon alapokkal rendelkezik, mint az Andreï Szaharov által 1967-ben korábban közzétett modell . Nem javasol új interakciókat a barionszám megsértésének témájában , csak a részecskék standard modelljének és a szimmetriáknak a kölcsönhatásait , valamint a az univerzum topológiájának esetleges változása az ókorban (a második lap kialakulása).
Ellentétben Szaharovval, ahol a két univerzumot csak közös kezdeti szingularitásuk köti össze, a Janus-modell lehetővé teszi a két univerzumlap közvetlen kölcsönhatását minden ponton, csak a gravitáció révén .
Bigravity, atipikus, prezentálja szerzők, mint egy kiterjesztése az általános relativitáselmélet leírja a világegyetemet Riemann sokrétű kapcsolódó két konjugált mutatót generáló saját geodesics .
Állítólag négyféle anyag létezik együtt:
A negyedik típus, az úgynevezett „Feynman” antianyag az ősi antianyag.
Gravitációs kölcsönhatásokKét kapcsolt mezőegyenlet rendszerének newtoni közelítése a következő gravitációs kölcsönhatásokat magyarázná :
Ezek a törvények különböznek azoktól a törvényektől, amelyeket Hermann Bondi 1957-ben és William Bonnor 1989-ben adott ki. Megoldják az elszabadult paradoxont .
A Janus-modell megmagyarázná a spirálgalaxisok alakját és stabilitását a galaxissal kölcsönhatásban lévő negatív tömegnek köszönhetően, amely korlátozná és utóbbira visszataszító lenne.
A megfigyelhető univerzum nagyszabású struktúráit (nagy látszólagos üregekkel elválasztott filamentum-struktúrák, Nagy Repeller) a pozitív és a negatív tömeg közötti gravitációs taszítással magyarázzák.
A Janus-modellt számos tudományos (pozitív vagy negatív) kritika érte, amelyek közül a legjelentősebbek:
Jean-Pierre Luminet alatt konferencia a CPPM a2020 januára bevezetőben Janus révén a fekete lyuk elméleti alternatíváját említette. Legfrissebb "A tér-idő habja" című könyvében azonban helyteleníti a kísérleti bizonyítékok hiányát és az elmélet kidolgozását, amely nem elégséges a speciális közösség érdeklődésére.
Thibault Damour akadémikus megjelent2019 januáraz IHÉS honlapján a Janus modell legújabb verziójának (2015) áttekintése. Számos olyan érvet mutat be, amelyek a használt terepegyenletek koherenciájának súlyos problémáit mutatják be. Ennek során meghatározza a Janus 2017-ben Henry-Couannier által közzétett áttekintését Janus tiszteletéről Bianchi identitása iránt . Az elemzést a pozitív tömegű anyag mozgására összpontosítja, negatív tömegű anyag hiányában. Kimutatja, hogy a Janus-modell összekapcsolt egyenletei azt sugallják, hogy a pozitív tömegű anyag két különböző és eleve összeegyeztethetetlen mozgásegyenletnek engedelmeskedik . Ennek a pontnak a szemléltetésére egy statikus csillag példáját veszi fel, és a newtoni közelítésben megmutatja, hogy az egyik egyenlet megoldásként olyan nyomást mutat, amely a középponttól a periféria felé csökken, míg a másik egyenletnek olyan nyomása van, amely a központtól a perifériáig növekszik. Írásával azt a következtetést vonja le, hogy „ez a két ellentmondásos egyenlet a„ Janus-modellt ”meghatározó mezőegyenletek szükséges következménye.
Petit néhány héttel később válaszolt ezekre a kritikákra egy videóban és a Progress in Physics folyóiratban megjelent cikkben . Petit ebben az új kiadványban bemutatja, hogyan lehet a Janus-modellt levezetni egy műveletből, feltéve, hogy a kapcsolt mezőegyenletek módosulnak. Bemutatja a Janus-modell új, ezekkel az új egyenletekkel felruházott Lagrangi-levezetését és a Bianchi-identitások tiszteletben tartását . A kiadvány pontosítja, hogy a cikkekben a modell módosításának dátuma (2019) előtt bemutatott eredmények továbbra is érvényesek, mert a problematika csak a csillag belsejében lévő pozitív szektort érintette, ezt az utolsó pontot a Damour publikációjának végkövetkeztetése is megerősíti. .
A legfőbb különbség a Janus-modell és a ΛCDM-modell között az, hogy felépítésével Janus utólag elmagyaráz néhány olyan pontot, amelyek továbbra is nyitottak az ΛCDM-modell értelmezésére (az ősuniverzum, a sötét anyag , a sötét energia homogenitása ...). A Janus-modell még nem jósolt olyan új tényt, amelyet a tapasztalatok igazoltak volna, és szerzői nem kínálnak ésszerű időskálán hozzáférhető megfigyelést, amely lehetővé tenné a Janus és a versengő modellek egyértelmű elválasztását. Jelenleg nem adott jó előrejelzést a két fekete lyuk, az M87 szupermasszív fekete lyuk képének ütközése által előidézett gravitációs sugárzás jelével vagy a kozmikus diffúz háttér teljesítményspektrumának alakjával kapcsolatban. Planck vagy WMAP küldetések rögzítették , ellentétben a versengő modellekkel.
Egy tudományos közlemény folyóiratban Astrophysics and Space Science (en) a2018. június, Petit és Gilles D'Agostini számos jelenséget állít, amelyeket szerintük Janus magyarázna, ellentétben a ΛCDM modellel. Ez a cikk azonban megelőzi a modell egyenleteinek Thibault Damour kritikáit követő módosítását, az általuk javasolt eredmények tehát felül kell vizsgálniuk a kapcsolt mező új egyenleteit. A szerzők által felsorolt megfigyelések szintén csak a modellt megelőző megfigyelésekre vonatkoznak, egyetlen olyan jelenséget sem jósoltak meg, amelyet a modell a megfigyelése előtt kiemelt volna.
A ΛCDM modellnek számos prediktív sikere volt :
A mai napig nincsenek ismert publikációk, amelyek a Janus modellel ilyen számításokat végeznének. A gyenge gravitációs lencsék hatásait illetően D'Agostini és Petit 2014-ben kifejtették egy ilyen vizsgálat érdeklődését és negatív lencsék esetén történő lefolytatásának módját.
Azt javasolták, 2006-ban Frédéric Henry-Couannier aki újra az elvet az elméletek a gravitáció, amely korábban a Minkowski háttér mutató egy nem dinamikus és lapos tenzor, de voltak hibák a 1970-es miatt nem tartása. Az elv egyenértékűség . Ezekkel az elméletekkel ellentétben ő ezt az alapmutatót csak két dinamikus mutató összekapcsolásaként használja, amely lehetővé teszi az egyik szimmetriájának megállapítását a másikhoz viszonyítva, a pozitív és negatív számok analógiájával, amelyek nulla a linkként szolgáló semleges elem a kettő között. Ez a kiegészítés kötelező számára, ha visszataszító gravitációt akarunk bevezetni, vagyis negatív energiákat. Ezért Hossenfelder és Petit megközelítésétől eltérő megközelítésről van szó , még akkor is, ha felveszi a negatív tömeg és az taszító gravitáció fogalmát, nem két különböző mezőt használ, hanem csak egyet, amelynek két oldala van.
A kiindulópont egy cselekvés .
.a Ricci-skalár , L az anyag Lagrangi-sűrűsége (amely lehetővé teszi az energia-impulzus tenzor megtalálását ), dV térfogatelem. A normál karakterek képviselik az első mutatót, a másodikat pedig a tilderek. A két mutatót g és egy reláció kapcsolja össze (amely magában foglalja a Minkowski metrikát, amint azt a bevezetőben kifejtjük). Valójában a g variációja az egyenlet változását eredményezi (pontosabban egyetlen 10 egyenletből álló rendszer, mint az általános relativitáselméletnél ). Így a metrika szigorúan véve nem új terület, hanem ugyanazon mező új oldalaként jelenik meg. Ezért két lejtős mezőről van szó, amelyet "Janus mezőnek" nevez.
G- t keresünk és ellenőrizzük a δS = 0 értéket .
Az általános relativitáselmélet , az intézkedés nem tartalmazza a második integrál (a tildes). Ez a kiegészítő kifejezés módosítja a rendszer dinamikáját, és új fenomenológiát generál.
A két „réteg” ( különböző dimenzió 4) által meghatározott és a kölcsönhatásban.
F. Henry-Couannier ezen az alapon folytatja az elméletének kidolgozását az általános relativitáselmélet sötét gravitációnak nevezett kiterjesztéséről .
Felajánlott 2008által Sabine Hossenfelder azt ered akció . Az alapelv pontosan megegyezik a Janus-modellel, nevezetesen az általános relativitáselmélet kiterjesztése két különböző mutatóval, Riemann-féle geometriával, és csak gravitációs kölcsönhatásban.
Ezután a modell meghatározza az egyes metrikákhoz egy Levi-Cevita kapcsolatot és egy görbületi tenzort, a két típusú mezőt az egyik mutató szerint mozogva és annak kapcsolatát . A második metrika mezőegyenleteinek megszerzéséhez csereszimmetriát írnak elő a műveletre. A további mezők majd hozzájárulni a a gravitációs energia-impulzus tenzor , a negatív energia sűrűsége .
A fő különbség a Janus-modellel szemben az, hogy a szimmetria megköveteli, hogy az anyagsűrűségek azonosak legyenek a két szektorban. A kiadvány óta nem fogja tovább fejleszteni a modellt.
Felajánlott 2002által Thibault Damour és Ian I. Kogan, az elv azon alapul, közötti kölcsönhatás két brán segítségével valósul gravitonok tömegspektruma.
A kiindulópont egy négydimenziós bigravitációs akcióból származó általános gravitációs akció. A megfelelő metrika rögzített, vagyis nem dinamikus Einstein térháttá, vagy nem dinamikus metrikává válik, feltételezve, hogy lapos. Különböző modellek ( bránok , Kaluza-Klein , nem kommutatív geometria) szerint visszautasítják ezt a cselekvést , amelyek a teljesen nemlineáris bigravitációs cselekvés különböző osztályaihoz vezetnek a "világegyetemünkkel" kompatibilis megoldási osztályokkal.
Megállapítják: „A masszív gravitáció két fő problémáját (fantommezők és egyes mezőváltozók divergenciája, amikor m2 → 0 ) Még nem kellett részletesen megvizsgálni. (…) A fontos probléma az, hogy megtaláljuk a megfeleltetést a mező helyi forrásaival úgy, hogy a teljes mutató ne legyen szingularitás. E kérdések pozitív megoldásának feltételezésével vagy egyszerűen a fenomenológiai szempontok figyelembevételével ennek a nemlineáris bigravity-nek a lagrangianjai érdekes új utat nyitnak meg a nem szabványos gravitációs hatások előtt. A későbbi publikációkban megvizsgáljuk a bigravity nemlineáris fizikai cselekedeteit, különös kozmológiai vonatkozásokkal, amelyek természetes jelöltet nyújthatnak egy új típusú sötét energiához . E publikáció óta nem követik tovább a modellt.
"" Nincs kísérleti bizonyíték a "Janus" néven ismert elméleti modell alátámasztására, emellett az említett modell nem tekinthető kellően támogatottnak ahhoz, hogy meggyőzze a szakosodott közösséget, hogy érdeklődjön iránta. "