Janus cosmological model

Jean-Pierre Petit; Gilles d'Agostini; Nathalie Debergh

Abstract

The attempt to build a bimetric universe model made by S. Hossenfelder in 2008 could not produce any confrontations with the observation because of the violation of the equivalence principle. By using this technique again, with a subsequent modification of the signs of the terms the principles of equivalence and action-reaction are both satisfied in the model. Masses of the same sign attract each other according to Newton's law, while masses of opposite signs attract each other according to anti-Newton's law. The evolution equations are established on the basis of a generalized principle of conservation of the global energy. The observational data of the acceleration of the expansion of the sector of the positive masses leads to the conclusion that the global energy of the system is negative, dominated by the energy of the negative masses, which replace both the dark matter and the dark energy. The calculation gives then an excellent agreement with the data of 700 type Ia supernovae. Numerical simulations, integrating this dominance of negative masses, give a new scheme of large scale structure formation. The negative masses, associated with a shorter Jeans time, form first a regular network of spheroidal conglomerates. Confined in the interstitial space the positive mass acquires a structure comparable to joined soap bubbles. The compression of the positive mass according to flat plates leads to a rapid rise in temperature, followed by an equally rapid radiative cooling, which is favorable to the constitution of galaxies. On the other hand, the conglomerates of negative mass behave like immense protostars with a cooling time exceeding the age of the universe and lost in this form, giving birth neither to stars and galaxies, nor to heavy atoms, for lack of fusion reactions. Life is therefore absent in this negative sector. The phenomenon of the Great Repeller is interpreted by the presence of one of these conglomerates of negative mass, geometrically invisible, which occupy the center of the great voids of the Very Large-scale Structure (VLS). The negative mass invades the space between the galaxies and exerts on them a counter pressure that confines them, while giving their rotational curves a flat firmness at the periphery. Two-dimensional (2D) numerical simulations of a galaxy confined by its negative mass environment give rise to a barred spiral lasting for thirty years and thus shed light on the nature of an essentially dissipative phenomenon, reflecting the braking of the galaxy's rotation. We construct the group associated with this new geometry, including a matter-antimatter symmetry. The existence of negative masses and energies imposes the use of an extension of the complete Poincaré group through a global charge, parity, and time reversal (CPT) symmetry. The matterantimatter symmetry is thus also present in the negative sector, which makes it possible to take advantage of Andrei Sakharov's idea and to conclude that the invisible components of the universe are constituted by the copy of our own antimatter, endowed with a negative mass. It is predicted that laboratory antimatter with negative mass will behave like ordinary matter. The theme of this T-symmetry is then projected into the quantum domain where, classically, the negative energy states, considered as non-physical, are banished and choosing an anti-linear and anti-unitary time reversal operator. We show that by choosing a linear and unitary operator the existence of negative energy states is imposed. We conjecture that this extension of quantum mechanics could allow to quantify gravitation. The model is extended in the past by developing an alternative to the inflation model, with two sets of constants and scale factors of space and time varying jointly, in such a way that the equations of physics, in both sectors, are conserved. Lorentz invariance is thus preserved and incompatibilities with observations disappear. Cosmic homogeneities in both sectors are ensured thanks to a variable speed of light regime. In such a context, if the density in the negative sector is higher, its space scale factor is smaller while the speed of light is higher. We then consider the development of gravitational instability in the two photon gases. This one is not observable inside the same sector because its length of Jeans is then identified with the horizon. On the other hand this instability, developing in the negative sector, with a weaker Jeans length, leaves a weak imprint in the positive world, which constitutes an alternative interpretation of the cosmic microwave background (CMB) fluctuations. Its analysis in this new context allows to have access to the scale factor of the negative sector and to the value of the speed of light which corresponds to it. We conclude that the distances, measured in the negative sector, are one hundred times shorter, while the speed of light is ten times higher. This reduces the duration of interstellar travels, carried out according to the geodesics of the negative sector, which would become from then on not impossible.

La tentative de construction d'un modèle d'univers bimétrique faite par S. Hossenfelder en 2008 n'a pas pu produire de confrontations avec l'observation à cause de la violation du principe d'équivalence. En utilisant à nouveau cette technique, avec une modification ultérieure des signes des termes, les principes d'équivalence et d'action-réaction sont tous deux satisfaits dans le modèle. Les masses de même signe s'attirent selon la loi de Newton, tandis que les masses de signes opposés s'attirent selon la loi anti-Newton. Les équations d'évolution sont établies sur la base d'un principe généralisé de conservation de l'énergie globale. Les données observationnelles de l'accélération de l'expansion du secteur des masses positives conduisent à la conclusion que l'énergie globale du système est négative, dominée par l'énergie des masses négatives, qui remplacent à la fois la matière noire et l'énergie noire. Le calcul donne alors un excellent accord avec les données de 700 supernovae de type Ia. Les simulations numériques, intégrant cette dominance des masses négatives, donnent un nouveau schéma de formation des structures à grande échelle. Les masses négatives, associées à un temps de Jeans plus court, forment d'abord un réseau régulier de conglomérats sphéroïdaux. Confinée dans l'espace interstitiel, la masse positive acquiert une structure comparable à des bulles de savon jointes. La compression de la masse positive selon des plaques planes conduit à une élévation rapide de la température, suivie d'un refroidissement radiatif tout aussi rapide, ce qui est favorable à la constitution des galaxies. En revanche, les conglomérats de masse négative se comportent comme d'immenses proto-étoiles dont le temps de refroidissement dépasse l'âge de l'univers et se perdent sous cette forme, ne donnant naissance ni à des étoiles et galaxies, ni à des atomes lourds, faute de réactions de fusion. La vie est donc absente dans ce secteur négatif. Le phénomène du Grand Repoussoir est interprété par la présence d'un de ces conglomérats de masse négative, géométriquement invisibles, qui occupent le centre des grands vides de la Structure à Très Grande Echelle (VLS). La masse négative envahit l'espace entre les galaxies et exerce sur elles une contre-pression qui les confine, tout en donnant à leurs courbes de rotation une fermeté plate en périphérie. Des simulations numériques bidimensionnelles (2D) d'une galaxie confinée par son environnement de masse négative donnent lieu à une spirale barrée d'une durée de trente ans et éclairent ainsi la nature d'un phénomène essentiellement dissipatif, reflétant le freinage de la rotation de la galaxie. Nous construisons le groupe associé à cette nouvelle géométrie, incluant une symétrie matière-antimatière. L'existence de masses et d'énergies négatives impose l'utilisation d'une extension du groupe de Poincaré complet à travers une symétrie globale de charge, parité et retournement temporel (CPT). La symétrie matière-antimatière est donc également présente dans le secteur négatif, ce qui permet de tirer parti de l'idée d'Andrei Sakharov et de conclure que les composantes invisibles de l'univers sont constituées par la copie de notre propre antimatière, dotée d'une masse négative. Il est prévu que l'antimatière de laboratoire dotée d'une masse négative se comporte comme la matière ordinaire. Le thème de cette symétrie T est ensuite projeté dans le domaine quantique où, classiquement, on bannit les états d'énergie négative, considérés comme non-physiques, en choisissant un opérateur de retournement temporel anti-linéaire et anti-unitaire. Nous montrons qu'en choisissant un opérateur linéaire et unitaire, l'existence des états d'énergie négative est imposée. Nous conjecturons que cette extension de la mécanique quantique pourrait permettre de quantifier la gravitation. Nous étendons le modèle en développant une alternative au modèle d'inflation, avec deux ensembles de constantes et de facteurs d'échelle de l'espace et du temps variant conjointement, de telle sorte que les équations de la physique, dans les deux secteurs, soient conservées. L'invariance de Lorentz est ainsi préservée et les incompatibilités avec les observations disparaissent. Les homogénéités cosmiques dans les deux secteurs sont assurées grâce à un régime de vitesse de la lumière variable. Dans un tel contexte, si la densité dans le secteur négatif est plus élevée, son facteur d'échelle spatiale est plus petit alors que la vitesse de la lumière est plus élevée. Nous considérons ensuite le développement d'une instabilité gravitationnelle dans les gaz à deux photons. Celle-ci n'est pas observable à l'intérieur du même secteur car sa longueur de Jeans est alors identifiée à l'horizon. En revanche, cette instabilité, se développant dans le secteur négatif, avec une longueur de Jeans plus faible, laisse une faible empreinte dans le monde positif, ce qui constitue une interprétation alternative des fluctuations du fond diffus cosmologique (CMB). Son analyse dans ce nouveau contexte permet d'accéder au facteur d'échelle du secteur négatif et à la valeur de la vitesse de la lumière qui lui correspond. Nous concluons que les distances, mesurées dans le secteur négatif, sont cent fois plus courtes, alors que la vitesse de la lumière est dix fois plus élevée. La durée des voyages interstellaires s'en trouve réduite.

Janus cosmological model

Modèle Cosmologique Janus

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