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Modèle Cosmologique Janus (JCM)

Le Modèle Cosmologique Janus (JCM) décrit l'univers comme une variété de Riemann à deux métriques qui gèrent les masses positives et négatives d'après la relativité générale sans paradoxe et confirmé par des observations.


Il compile la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, les travaux d'Andrei Sakharov en physique des particules et cosmologie ainsi que les travaux de Jean-Marie Souriau en géométrie symplectique expliquant d'après la théorie des groupes dynamiques comment l'inversion de temps implique une inversion d'énergie et donc de masse.


En effet, l'asymétrie baryonique de l'univers est considérée comme l'un des problèmes les plus importants de la physique actuelle. Plus précisément, elle se réfère à l'observation selon laquelle il existe une quantité nette de baryons (particules composées de trois quarks, comme les protons et les neutrons) dans l'univers, mais presque pas d'antibaryons (particules composées de trois antiquarks). Or l'univers aurait dû être créé avec une quantité égale de matière de baryons et d'antimatière d’antibaryons depuis le Big Bang, ce qui aurait conduit à leur annihilation mutuelle, leur masse se transformant en photons. Mais où est donc passé cette antimatière primordiale ?

Les scientifiques ont découvert dans les années 1960 que le taux de production de matière (à partir de la combinaison de quarks primordiaux) se produit légèrement plus rapidement que le taux de production d'antimatière (à partir de la combinaison d'antiquarks), un phénomène appelé "violation de CP". Cela était paradoxal car on pensait auparavant que de tels processus de combinaison étaient symétriques. Mais en raison de cette violation de symétrie CP, plus de matière a été synthétisée dans l'univers primordial et a prévalu sur l'antimatière.

Le physicien russe Andrei Sakharov a été le premier, à partir de 1967, à rétablir une symétrie globale, considérant que l'univers n'était pas constitué d'une seule entité, mais de deux univers jumeaux issus de la même singularité du Big Bang, ayant deux flèches du temps en opposition à partir de l'instant t=0. La singularité initiale Φ inverse non seulement le temps (symétrie T) mais aussi la parité (symétrie P appelée également "énantiomorphie") ainsi que la conjugaison de charge (symétrie C, qui transforme une particule en son antiparticule, et vice versa) induisant une symétrie CPT complète (Références 1-2-3). La violation de la symétrie CP est également opposée dans l'univers jumeau, ce qui signifie que l'antimatière a prévalu sur la matière. Il faut bien noter que Sakharov s'est concentré sur la description de la symétrie CPT uniquement dans le cadre de la physique des particules donc sans impliquer la gravitation dans son modèle de sorte que les univers jumeaux n'interagissent jamais sauf au moment de leur naissance.

Sur la base de ce modèle cosmologique d'univers jumeaux bi-métriques sans interaction, nous avons pu en développer un nouveau en tant qu'univers unique constitué d'une seule variété de Riemann ayant deux métriques, à savoir une hypersurface à 4 dimensions avec deux couches repliées l'une sur l'autre en symétrie CPT mais interagissant cette fois-ci par effet gravitationnel. La première couche étant quadrillée avec une certaine unité de longueur donnant une métrique parcourue par de la matière d'énergie et de masse positives entre deux points de cet espace-temps à une vitesse c limitée par la théorie de la relativité restreinte. Et, sa contre-partie repliée par dessus mais quadrillée selon une unité de longueur 100 fois plus courte et une vitesse 10 fois plus élevée pour de la matière d'énergie et de masse négatives (les photons évoluant dans les mêmes proportions). Soit un temps de parcours 1000 fois plus rapide. Ce modèle fournit donc deux familles de géodésiques parcourant l’espace-temps de deux manières différentes et à des vitesses différentes rendant le voyage interstellaire possible, et expliquant plusieurs phénomènes physiques tels que l'antimatière cosmologique manquante ainsi que le confinement des galaxies (Référence 4).


Il démontre également que les états d'énergie négative sont compatibles avec la mécanique quantique.


Il s'agit d'un modèle à deux équations de champ couplées qui est une extension de l'équation de champ d'Einstein offrant une alternative crédible à la présence d'énergie noire (Pouvoir répulsif) et de matière sombre (Aplatissement des courbes de rotation galactiques) dans le cosmos tout en réussissant à intégrer les masses négatives dans la Relativité Générale.


Ce modèle est fondé sur la dérivation des équations à partir d'un Lagrangien. En effet, en physique, on utilise souvent des principes pour décrire comment les objets ou particules se déplacent et interagissent les uns avec les autres. Dans notre cas, il s'agit de principes variationnels qui sont des formules mathématiques permettant de décrire comment un système physique évolue dans le temps en minimisant une certaine quantité qu’on appelle l’action. Ce principe variationnel doit être covariant à savoir qu'il doit rester le même quelque soit le référentiel inertiel choisi. Cela signifie qu'il s'applique à tous les observateurs indépendamment de leur vitesse. Sa dérivation logique doit permettre de trouver les équations qui décrivent les mouvements et interactions d'un système de particules de manière à les rendre valables pour tous les observateurs indépendamment de leur vitesse. Et l'action est définie comme l'intégrale de Lagrangien sur une certaine période de temps permettant de décrire la cinétique et la dynamique d'un système physique. Le Lagrangien étant la fonction calculée à partir de l'énergie cinétique et potentielle du système ainsi que d'autres facteurs qui peuvent affecter son comportement. En utilisant le principe de moindre action, on cherche à trouver la trajectoire du système qui minimise l'action, c'est-à-dire la trajectoire pour laquelle la valeur de l'action est la plus petite et, les équations du mouvement sont obtenues en dérivant la trajectoire d'action minimale par rapport au temps.


Toutefois, il faut savoir que cette technique reste heuristique. De la même façon que deux autres approches avaient été tentées en 2002 et 2008 par Thibauld Damour et Sabine Hossenfelder. L'une basée sur l'introduction de gravitons lourds et légers dans un système d'équations de champ bi-métrique et l'autre plus ou moins similaire à notre modèle. Le point commun entre ces deux approches est qu'elles sont purement théoriques et n'ont fourni aucun résultat validé par les observations. En effet, il n'existe aucune théorie mathématique multimétrique introduite dans la géométrie riemannienne hyperbolique.


La géométrie riemannienne hyperbolique est une branche de la géométrie riemannienne qui étudie les espaces courbés avec une courbure constante négative correspondant mathématiquement à une forme d'hyperbole souvent décrite comme étant « en selle de cheval ».

Plus précisément, la courbure constante négative de l'espace hyperbolique peut être décrite comme le comportement asymptotique de l'hyperbole dans les deux directions : les branches de l'hyperbole s'éloignent à l'infini sans jamais se rejoindre. Cette caractéristique est une propriété importante de l'espace hyperbolique et peut être utilisée pour distinguer cet espace de la géométrie euclidienne et de la géométrie sphérique :


L'idée du modèle Janus est de l'associer à une "géométrie gémellaire" définie par une relation entre les espaces à courbure positive et les espaces à courbure négative selon un système à deux équations de champ bimétrique couplées. Le seul crédit que l'on peut attribuer à cette approche par rapport aux deux précédentes est qu'elle possède 21 points d'ancrage avec l'observation & plusieurs prédictions physiques :


- Explication du confinement des galaxies par des espaces lacunaires occupés par des masses négatives contribuant à leur stabilité :

- Explication de la forme des courbes de rotation des galaxies (aplatissement)


- Explique l'accélération gravitationnelle plus importante que prévue des étoiles orbitant à la frontière des galaxies par le confinement des masses négatives


- Explication de la forte vitesse des galaxies à l’intérieur des amas par la contribution antigravitationnelle des masses négatives


- Ce nouveau modèle possède l’avantage sur le modèle standard de décrire les galaxies comme des systèmes antigravitationnels expliquant les fusions de galaxies. En effet, il utilise plusieurs solutions elliptiques d'équations de Vlasov couplées pour décrire les galaxies, ce qui permet une plus grande précision dans la modélisation de ces systèmes.


- Explique les effets de lentille gravitationnelle autour des galaxies


- Explique la structure lacunaire de l'univers occupée par des amas de masses négatives sous forme de bulles de savons jointives :

Cette structure a également été établie par Tsvi Piran dans son article publié en 2018 où il met en évidence la distribution des galaxies au niveau de ce qu'il appelle des "murs" par compression antigravitationnelle de régions sous-denses de masses "négatives" concentrées dans la matière sombre des espaces vides autour. Les observations montrent que ces espaces vides occupent une grande partie du volume de l'Univers. La corrélation entre les vides dans la distribution des galaxies et les régions de faible densité de matière noire montre clairement que l'origine des vides est gravitationnelle. Les régions sous-denses primordiales - des "creux cosmologiques négatifs" - agissent comme des masses négatives gravitationnelles et sont les graines des vides observés. Les centres des régions sous-denses sont des masses gravitationnelles effectives qui repoussent la matière, ce qui aligne la matière le long des murs entre les centres. Les vides sont centrés sur ces masses et sont entourés de murs de galaxies. Les murs finissent par se fissurer amenant les espaces vides à fusionner avec d'autres vides, créant ainsi un réseau d'espaces vides plus important qui confine les galaxies à l'intérieur (Référence 5).


- Prédiction et confirmation de la formation précoce de toutes les galaxies récemment observée par le téléscope James Webb (20minutes et The Astrophysical Journal Letters). En effet, le modèle suggère que toutes les galaxies se sont toutes formées ensemble durant les 100 premiers millions d'années de l'histoire de l'univers (primordial). Cette formation a eu lieu lorsque la masse positive a été violemment comprimée entre plusieurs amas de masses négatives créant une forte pression. Sur la figure ci-dessous, on peut schématiser cette forte contraction de la matière et des gaz par effet antigravitationnel des masses négatives (en vert faisant pression suivant les flèches en noir) induisant un fort échauffement qui conduit à un refroidissement rapide (flèches en rouge) favorisé par la structure en plaques. Ce "cooling time" a permis d'atteindre une température suffisante pour démarrer les réactions de fusion thermonucléaire permettant ainsi aux premières étoiles de pouvoir naître et se compiler pour former les galaxies que nous connaissons aujourd'hui :


- Explication des galaxies éloignées à fort redshift > 7 apparaissant comme naines (luminosité réduite). En effet, des amas de masses négatives (comme dans la région du dipole Repeller) crée un effet de lentille gravitationnelle négatif sur leur photon ayant pour effet d'atténuer leur luminosité.


- Vérifications relativistes locales confirmées comme l’avance du périhélie de Mercure ou la déviation des rayons lumineux par le Soleil. En effet, comme les deux types de masses se repoussent mutuellement et sachant que la densité de masse négative est quasi négligeable au voisinage du Soleil, la première équation du système s’identifie à l'équation de champ d'Einstein.


- L'exploitation de la dissymétrie entre les deux populations de masses positives et négatives a conduit à une cohérence avec les données des observations des supernovae de type la. L'observation des supernovae de type Ia a été un outil important pour déterminer la distance des objets célestes et étudier l'expansion de l'univers. Les supernovae de type Ia sont des explosions de supernovae qui se produisent dans des systèmes binaires stellaires où une étoile connue sous le nom de naine blanche, absorbe de la matière d'une étoile compagnon jusqu'à ce qu'elle atteigne une masse critique induisant une explosion. Cette dissymétrie pourrait être causée par des processus tels que la rotation ou le champ magnétique de l'étoile compagnon qui transfère de la matière à la naine blanche. Si la dissymétrie existe, cela pourrait conduire à une différence de luminosité entre les supernovae de type Ia qui pourrait expliquer les observations :

- Explication de la nature du Dipole repeller découvert en janvier 2017 où a il été montré qu'il existait dans une région apparemment vide de l'univers opposée à celle de l’attracteur Shapley qui semblait repousser toute matière :

- Explication de la structure en spirale des galaxies en interaction, sous pression antigravitationnelle des masses négatives autour


- Le modèle met en évidence un modèle de structure spirale galactique pérenne garantie par une friction dynamique qui transfère de manière continue la quantité de mouvement vers l'environnement de masse négative moins dense permettant aux bras de la spirale de se maintenir et de tourner autour de la galaxie de manière stable et persistante. Comme on peut le voir ci-dessous, lorsque les bras traversent des régions de haute densité (masses positives), ils ralentissent et perdent de l'énergie, tandis que lorsqu'ils traversent des régions de faible densité, ils accélèrent et gagnent de l'énergie. Cela crée des ondes de densité qui se propagent à travers la galaxie, transférant de la quantité de mouvement vers l'environnement de masse négative :

- Explication de l'absence d’observation d’antimatière cosmologique parce qu’émettant des photons d’énergie négative


- Explication de la nature des composants invisibles de l’univers : antiprotons, antineutrons, antiélectrons, antihydrogène et antihélium de masse négative. Cet ensemble constituant l’antimatière primordiale, échappant à l’observation parce qu’émettant des photons d’énergie négative


- Conjecture : Antimatière C-symétrique (symétrie de charge) développée en laboratoire émettant des photons d'énergie positive sera poussée vers le bas sous l'effet gravitationnel tout comme la matière ordinaire


- Explication de l’homogénéité de l’univers primitif confirmé par les observations du rayonnement fossile. L'homogénéité de l'univers primitif se réfère à la répartition uniforme de la matière et de la température dans les premiers instants de l'histoire de l'univers et qui a été confirmée par les observations du rayonnement fossile connu sous le nom de CMB (Cosmic Microwave Background), qui est le rayonnement électromagnétique émis environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l'univers s'est suffisamment refroidi pour que les électrons et les protons puissent se combiner pour former des atomes. Cette homogénéité est une prédiction clé du modèle du Big Bang et son observation confirme cette théorie.


- Explication des fluctuations du fond de rayonnement cosmologique CMB (Cosmic Microwave Background) de l'univers sous l'effet antigravitationnel de son support de masse négative dans sa phase primitive :

- Conjecture : Voyages interstellaires possibles. Les distances devenant 100 fois plus courtes dans le référentiel des masses négatives et la vitesse de la lumière composée de photons d’énergie négative est 10 fois plus élevée (Référence 4)


- Redshift de 3 déduit des deux premières images d'objets supermassifs situés au centre des galaxies M87 et de la voie Lactée


Références :


1- Sakharov, A. D. (January 1967): "Нарушение СР–инвариантности, С–асимметрия и барионная асимметрия Вселенной" Pi'sma ZhÉTF (in Russian). 5 (1): 32–35. Traduction : Sakharov, A. D. (January 1967):

Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe
.pdf
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Soviet Physics Uspekhi. 34 (5): 392–393. doi:10.1070/PU1991v034n05ABEH002497.

2- Sakharov, A. D. (September 1980): "Космологические модели Вселенной с поворотом стрелы времени" Pi'sma ZhÉTF (in Russian). 79 (3): 689–693. Traduction : Sakharov, A. D. (September 1980):

Cosmological models of the Universe with reversal of time arrow
.pdf
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JETP Letters. 52 (3): 349–351.

3- Sakharov, A. D. (October 1982): "Многолистные модели Вселенной" Pi'sma ZhÉTF (in Russian). 82 (3): 1233–1240. Traduction : Sakharov, A. D. (October 1982):

Many-sheeted models of the Universe
.pdf
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JETP. 56 (4): 705–709.


4- J-P Petit, G. d'Agostini:

"Cosmological bimetric model with interacting positive and negative masses and two different speeds of light, in agreement with the observed acceleration of the Universe" Modern Physics Letters A


5- Tsvi PIRAN:


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