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Voyage dans le Temps légers effets et fonctionnalités cosmologiques

This unpublished article is a sequel to my earlier paper (also posted here as “Sont des sources radio et Gamma Ray Bursts Luminal Booms?“). Cette version de blog contient le résumé, introduction et conclusions. La version complète de l'article est disponible sous forme de fichier PDF.

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Résumé

Light travel time effects (LTT) are an optical manifestation of the finite speed of light. They can also be considered perceptual constraints to the cognitive picture of space and time. Based on this interpretation of LTT effects, we recently presented a new hypothetical model for the temporal and spatial variation of the spectrum of Gamma Ray Bursts (GRB) and radio sources. Dans cet article,, we take the analysis further and show that LTT effects can provide a good framework to describe such cosmological features as the redshift observation of an expanding universe, and the cosmic microwave background radiation. The unification of these seemingly distinct phenomena at vastly different length and time scales, avec sa simplicité conceptuelle, can be regarded as indicators of the curious usefulness of this framework, if not its validity.

Introduction

The finite speed of light plays an important part in how we perceive distance and speed. This fact should hardly come as a surprise because we do know that things are not as we see them. The sun that we see, par exemple, is already eight minutes old by the time we see it. This delay is trivial; si nous voulons savoir ce qui se passe sur le soleil maintenant, tout ce que nous avons à faire est d'attendre huit minutes. Nous, nonetheless, have to “correct” for this distortion in our perception due to the finite speed of light before we can trust what we see.

Ce qui est surprenant (et rarement mis en évidence) est que quand il s'agit de détecter le mouvement, nous ne pouvons pas rétro-calculer de la même façon dont nous prenons le retard en voyant le soleil. Si nous voyons un corps céleste se déplaçant à une vitesse incroyablement élevée, nous ne pouvons pas comprendre comment rapide et dans quelle direction il est “vraiment” déplacer sans faire d'autres hypothèses. One way of handling this difficulty is to ascribe the distortions in our perception of motion to the fundamental properties of the arena of physics — l'espace et le temps. Un autre cours de l'action est d'accepter la déconnexion entre notre perception et le sous-jacent “réalité” et de traiter avec elle d'une certaine façon.

Exploring the second option, we assume an underlying reality that gives rise to our perceived picture. We further model this underlying reality as obeying classical mechanics, and work out our perceived picture through the apparatus of perception. En d'autres termes, we do not attribute the manifestations of the finite speed of light to the properties of the underlying reality. Plutôt, we work out our perceived picture that this model predicts and verify whether the properties we do observe can originate from this perceptual constraint.

Espace, the objects in it, and their motion are, dans l'ensemble, the product of optical perception. One tends to take it for granted that perception arises from reality as one perceives it. Dans cet article,, we take the position that what we perceive is an incomplete or distorted picture of an underlying reality. Further, we are trying out classical mechanics for the the underlying reality (for which we use terms like absolute, noumenal or physical reality) that does cause our perception to see if it fits with our perceived picture (which we may refer to as sensed or phenomenal reality).

Note that we are not implying that the manifestations of perception are mere delusions. They are not; they are indeed part of our sensed reality because reality is an end result of perception. This insight may be behind Goethe’s famous statement, “Illusion d'optique est la vérité optique.”

We applied this line of thinking to a physics problem recently. We looked at the spectral evolution of a GRB and found it to be remarkably similar to that in a sonic boom. Using this fact, we presented a model for GRB as our perception of a “luminale” boom, with the understanding that it is our perceived picture of reality that obeys Lorentz invariance and our model for the underlying reality (causing the perceived picture) may violate relativistic physics. The striking agreement between the model and the observed features, cependant, extended beyond GRBs to symmetric radio sources, which can also be regarded as perceptual effects of hypothetical luminal booms.

Dans cet article,, we look at other implications of the model. We start with the similarities between the light travel time (LTT) effects and the coordinate transformation in Special Relativity (SR). These similarities are hardly surprising because SR is derived partly based on LTT effects. We then propose an interpretation of SR as a formalization of LTT effects and study a few observed cosmological phenomena in the light of this interpretation.

Similarities between Light Travel Time Effects and SR

Special relativity seeks a linear coordinate transformation between coordinate systems in motion with respect to each other. We can trace the origin of linearity to a hidden assumption on the nature of space and time built into SR, comme l'a dit Einstein: “En premier lieu, il est clair que les équations doivent être linéaire en raison des propriétés d'homogénéité que nous attribuons à l'espace et le temps.” En raison de cette hypothèse de linéarité, the original derivation of the transformation equations ignores the asymmetry between approaching and receding objects. Tant l'approche et les objets recul peut être décrite par deux systèmes qui sont toujours s'éloigne de l'autre coordonnée. Par exemple, si un système K se déplace par rapport à un autre système k le long de l'axe X positif de k, alors un objet au repos dans K à un positif x is receding while another object at a negative x est l'approche d'un observateur à l'origine de k.

The coordinate transformation in Einstein’s original paper is derived, en partie, a manifestation of the light travel time (LTT) effects and the consequence of imposing the constancy of light speed in all inertial frames. Ceci est particulièrement évident dans la première expérience de pensée, where observers moving with a rod find their clocks not synchronized due to the difference in light travel times along the length of the rod. Cependant, in the current interpretation of SR, la transformation de coordonnées est considéré comme une propriété fondamentale de l'espace et le temps.

One difficulty that arises from this interpretation of SR is that the definition of the relative velocity between the two inertial frames becomes ambiguous. S'il s'agit de la vitesse de la structure mobile, telle que mesurée par l'observateur, then the observed superluminal motion in radio jets starting from the core region becomes a violation of SR. If it is a velocity that we have to deduce by considering LT effects, then we have to employ the extra ad-hoc assumption that superluminality is forbidden. These difficulties suggest that it may be better to disentangle the light travel time effects from the rest of SR.

In this section, nous allons considérer l'espace et du temps dans le cadre du modèle cognitif créé par le cerveau, and argue that special relativity applies to the cognitive model. La réalité absolue (of which the SR-like space-time is our perception) does not have to obey the restrictions of SR. En particulier, les objets ne sont pas limités à des vitesses Subluminal, but they may appear to us as though they are restricted to subluminal speeds in our perception of space and time. If we disentangle LTT effects from the rest of SR, nous pouvons comprendre un large éventail de phénomènes, as we shall see in this article.

Unlike SR, considérations fondées sur les effets LTT entraînent ensemble intrinsèquement différente des lois de transformation des objets qui s'approchent un observateur et ceux qui s'éloignent de lui. Plus généralement, la transformation dépend de l'angle entre la vitesse de l'objet et le champ de vision de l'observateur,. Depuis les équations de transformation basé sur les effets LTT traitent l'approche et le recul des objets asymétrique, ils offrent une solution naturelle pour le paradoxe des jumeaux, par exemple.

Conclusions

Parce que l'espace et le temps sont une partie d'une réalité créée des apports de lumière à nos yeux, certaines de leurs propriétés sont des manifestations d'effets LTT, en particulier sur notre perception du mouvement. L'absolu, physical reality presumably generating the light inputs does not have to obey the properties we ascribe to our perceived space and time.

We showed that LTT effects are qualitatively identical to those of SR, noting that SR only considers frames of reference receding from each other. This similarity is not surprising because the coordinate transformation in SR is derived based partly on LTT effects, et en partie sur le principe que la lumière se déplace à la même vitesse par rapport à toutes les trames d'inertie. En le traitant comme une manifestation de LTT, we did not address the primary motivation of SR, qui est une formulation covariante des équations de Maxwell. Il peut être possible d'isoler la covariance de l'électrodynamique de la transformation de coordonnées, bien qu'il ne soit pas tenté dans cet article.

Unlike SR, LTT effets sont asymétriques. Cette asymétrie fournit une résolution au paradoxe des jumeaux et une interprétation des violations présumées de causalité associé à superluminality. En outre, la perception de superluminality est modulée par les effets LTT, and explains gamma ray bursts and symmetric jets. Comme nous l'avons montré dans l'article, perception of superluminal motion also holds an explanation for cosmological phenomena like the expansion of the universe and cosmic microwave background radiation. LTT effets doivent être considérés comme une contrainte fondamentale dans notre perception, et par conséquent, en physique, plutôt que comme une explication commode pour des phénomènes isolés.

Étant donné que notre perception est filtré à travers des effets LTT, nous devons les déconvolution de notre réalité perçue afin de comprendre la nature de l'absolu, la réalité physique. Cette déconvolution, cependant, résultats dans de multiples solutions. Ainsi, l'absolu, la réalité physique est hors de notre portée, et toute supposé propriétés de la réalité absolue ne peuvent être validées par la façon dont la résultante perçue la réalité est d'accord avec nos observations. Dans cet article,, we assumed that the underlying reality obeys our intuitively obvious classical mechanics and asked the question how such a reality would be perceived when filtered through light travel time effects. Nous avons démontré que ce traitement particulier pourrait expliquer certains phénomènes astrophysiques et cosmologiques que nous observons.

The coordinate transformation in SR can be viewed as a redefinition of space and time (ou, plus généralement,, réalité) in order to accommodate the distortions in our perception of motion due to light travel time effects. One may be tempted to argue that SR applies to the “réel” l'espace et le temps, pas notre perception. Cette argumentation peut se poser la question, ce qui est réel? Reality is only a cognitive model created in our brain starting from our sensory inputs, stimuli visuels étant la plus importante. Espace lui-même est une partie de ce modèle cognitif. Les propriétés de l'espace sont une cartographie des contraintes de notre perception.

The choice of accepting our perception as a true image of reality and redefining space and time as described in special relativity indeed amounts to a philosophical choice. The alternative presented in the article is inspired by the view in modern neuroscience that reality is a cognitive model in the brain based on our sensory inputs. Adoption de cette option nous réduit à deviner la nature de la réalité absolue et en comparant sa projection prédit à notre perception réelle. It may simplify and elucidate some theories in physics and explain some puzzling phenomena in our universe. Cependant, cette option est encore une autre position philosophique contre la réalité absolue inconnaissable.

Sont des sources radio et Gamma Ray Bursts Luminal Booms?

Cet article a été publié dans l'International Journal of Modern Physics D (IJMP–Ré) dans 2007. Il est vite devenu l' Top Consulté article de la revue par Jan 2008.

Bien qu'il puisse sembler comme un article de la physique de noyau dur, il s'agit en fait d'une application de la perspicacité philosophique imprègne ce blog et mon livre.

Cette version de blog contient le résumé, introduction et conclusions. La version complète de l'article est disponible sous forme de fichier PDF.

Journal de référence: IJMP-D complet. 16, Needs a context. 6 (2007) pp. 983–1000.

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Résumé

L'assouplissement de la rémanence GRB similitudes remarquables à l'évolution de la fréquence dans un bang sonique. A l'extrémité avant de la bôme cône sonore, la fréquence est infinie, un peu comme une rafale Gamma Ray (GRB). L'intérieur du cône, la fréquence diminue rapidement à des plages infrasonores et la source de son apparaît à deux endroits en même temps, imitant les sources radio doubles lobes. Bien que “luminale” essor viole l'invariance de Lorentz et est donc interdit, il est tentant de travailler sur les détails et les comparer avec les données existantes. Cette tentation est encore renforcée par la superluminality observée dans les objets célestes associés à des sources de radio et de certains sursauts gamma. Dans cet article,, nous calculons la variation temporelle et spatiale des fréquences observées à partir d'une rampe d'luminale hypothétique et montrons remarquable similitude entre nos calculs et observations actuels.

Introduction

Un bang sonique est créé quand un objet émettant des sons traverse le milieu plus vite que la vitesse du son dans ce milieu. Comme l'objet traverse le milieu, il émet le son crée un front d'onde conique, comme le montre la Figure 1. La fréquence du son à ce front d'onde est infini en raison de l'effet Doppler. La fréquence derrière le front d'onde conique diminue considérablement et atteint la plage des infrasons bientôt. Cette évolution de la fréquence est remarquablement similaire à la rémanence évolution d'une salve de rayons gamma (GRB).

Sonic Boom
Figure 1:. L'évolution de la fréquence des ondes sonores par suite de l'effet Doppler en mouvement supersonique. Le supersonique objet S se déplace le long de la flèche. Les ondes sonores sont "inversés" en raison du mouvement, de sorte que les ondes émises en deux points différents dans la fusion de la trajectoire et peut atteindre l'observateur (à O) à la fois. Lorsque le front d'onde atteint l'observateur, la fréquence est infini. Après cela, la fréquence diminue rapidement.

Sursauts gamma sont très brèves, mais intenses bouffées de \gamma rayons dans le ciel, une durée de quelques millisecondes à plusieurs minutes, et sont actuellement cru émaner de effondrements cataclysmiques stellaires. Les clignotements courts (les émissions rapides) sont suivis d'un rémanence des énergies progressivement plus doux. Ainsi, la première \gamma rayons sont rapidement remplacées par des rayons X, la lumière et des ondes de même fréquence radio. Ce ramollissement du spectre est connu depuis un certain temps, et a été décrite pour la première en utilisant une hypernova (boule de feu) modèle. Dans ce modèle,, une boule de feu en expansion relativiste produit le \gamma émission, et le spectre adoucit comme la boule de feu se refroidit. Le modèle calcule l'énergie libérée dans le \gamma région 10^ {53}10^ {54} ergs en quelques secondes. Cette production d'énergie est semblable à environ 1000 fois de l'énergie totale libérée par le soleil sur toute sa durée de vie.

Plus récemment, une décroissance inverse de l'énergie de pointe en faisant varier la constante de temps a été utilisé de façon empirique en fonction de l'évolution temporelle de l'énergie observée de crête en utilisant un modèle de collapsar. Selon ce modèle,, Les sursauts gamma sont produits lorsque l'énergie de flux hautement relativistes dans effondrements stellaires se dissipent, avec les jets de rayonnement résultant inclinés correctement par rapport à notre ligne de mire. Le modèle de collapsar estime une production d'énergie plus faible parce que la libération de l'énergie n'est pas isotrope, mais on concentre le long des jets. Cependant, le taux d'événements collapsar doit être corrigé pour la fraction de l'angle solide dans lequel les jets de rayonnement peuvent apparaître comme GRB. Les sursauts gamma sont observés à peu près au rythme d'une fois par jour. Ainsi, le taux prévu des événements cataclysmiques alimentant les sursauts gamma est de l'ordre de 10^410^6 par jour. En raison de cette relation inverse entre le taux et le rendement énergétique d'environ, l'énergie totale libérée par observé GRB reste le même.

Si nous pensons à un GRB comme un effet semblable à la détonation en mouvement supersonique, l'exigence d'énergie cataclysmique supposé devient superflu. Une autre caractéristique de notre perception de l'objet supersonique, c'est que nous entendons de la source sonore à deux endroit différent que le même temps, comme illustré sur la Figure 2. Ce curieux effet a lieu parce que les ondes sonores émises en deux points différents dans la trajectoire de l'objet supersonique atteignent l'observateur au même instant dans le temps. Le résultat de cet effet final est la perception d'une paire symétrique de recul de sources sonores, qui, dans le monde luminale, C'est une bonne description des sources de radio symétriques (Source de radio Double Associé à Galactic Nucleus ou DRAGN).

superluminality
Figure 2:. L'objet est en vol de à A par et B à une vitesse supersonique constante. Imaginez que l'objet émet des sons lors de son Voyage. Le son émis au point (qui est proche du point d'approche le plus proche B) atteint l'observateur à O avant que le son émis plus tôt à . L'instant où le son à un point antérieur atteint l'observateur, le son émis à un point beaucoup plus tard A atteint également O. Si, le son émis à A et l'observateur atteint en même temps,, donnant l'impression que l'objet est en ces deux points en même temps. En d'autres termes, l'observateur entend deux objets s'éloignant de plutôt que d'un objet réel.

Sources radio sont généralement symétrique et semble associée à des noyaux galactiques, actuellement considérés comme des manifestations de singularités de l'espace-temps ou étoiles à neutrons. Les différentes classes de ces objets associés à Noyaux Actifs de Galaxies (AGN) ont été trouvés dans les cinquante dernières années. Figure 3 montre la galaxie radio Cygnus A, un exemple d'une telle source de radio et l'un des objets les plus brillants de radio. Beaucoup de ses caractéristiques sont communes à la plupart des sources radio extragalactiques: les lobes symétriques doubles, une indication d'un noyau, une apparence de jets alimentant les lobes et les points chauds. Certains chercheurs ont signalé caractéristiques cinématiques plus détaillées, tels que le bon mouvement des hotspots dans les lobes.

Sources de radio symétriques (galactique ou extragalactique) et les sursauts gamma peuvent apparaître comme des phénomènes complètement distincts. Cependant, les noyaux présentent une évolution similaire dans le temps de l'énergie de crête, mais avec très différentes constantes de temps. Les spectres de sursauts gamma évoluent rapidement de \gamma une région de rémanence optique ou encore RF, similaire à l'évolution spectrale des points d'accès d'une source de radio qui se déplacent du centre vers les lobes. Autres similitudes ont commencé à attirer l'attention dans les dernières années.

Cet article explore les similitudes entre une hypothétique “luminale” flèche et ces deux phénomènes astrophysiques, même si un tel boom luminale est interdit par l'invariance de Lorentz. Traiter GRB comme une manifestation d'un hypothétique résultat du boom luminal dans un modèle qui unifie ces deux phénomènes et fait des prédictions détaillées de leur cinématique.

CygA
Figure 3:.Le jet de la radio et des lobes de la galaxie radio hyperluminous Cygnus A. Les points chauds dans les deux lobes, la région de noyau et les jets sont clairement visibles. (Reproduit avec l'aimable autorisation d'une image de NRAO / AUI.)

Conclusions

Dans cet article,, nous avons examiné l'évolution spatio-temporelle d'un objet supersonique (à la fois dans sa position et la fréquence de son que nous entendons). Nous avons montré qu'il ressemble étroitement les sursauts gamma et DRAGNs si nous devions étendre les calculs à la lumière, même si un boom luminale nécessiterait mouvement supraluminique et est donc interdit.

Malgré cette difficulté, nous avons présenté un modèle unifié pour sursauts de rayons gamma et de jet comme sources de radio basé sur le mouvement supraluminique vrac. Nous avons montré que d'un seul objet supraluminique voler à travers notre champ de vision nous semble que la séparation symétrique de deux objets à partir d'un noyau fixe. L'utilisation de ce fait que le modèle pour les jets et les sursauts gamma symétriques, nous l'avons expliqué leurs caractéristiques cinématiques quantitativement. En particulier, nous avons montré que l'angle de séparation des hotspots était parabolique dans le temps, et les décalages spectraux des deux points chauds étaient presque identiques les uns aux autres. Même le fait que les spectres des points chauds sont dans la région de fréquence radio est expliquée en supposant mouvement hyperluminal et le redshift conséquente de la radiation du corps noir d'une étoile typique. L'évolution temporelle de la radiation du corps noir d'un objet supraluminique est totalement compatible avec le ramollissement des spectres observés dans les sursauts gamma et les sources de radio. En outre, notre modèle explique pourquoi il est important décalage vers le bleu dans les régions centrales de sources radio, pourquoi les sources de radio semblent être associés à des galaxies optiques et pourquoi les sursauts gamma apparaissent à des points aléatoires sans indication avant leur comparution imminente.

Bien qu'il ne traite pas des questions de l'énergétique (l'origine de superluminality), notre modèle présente une option intéressante basée sur la façon dont nous pourrions percevoir le mouvement supraluminique hypothétique. Nous avons présenté un ensemble de prévisions et comparé les données existantes de DRAGNs et les sursauts gamma. Les fonctionnalités telles que le bleu de l'âme, symétrie de lobes, le transitoire \gamma et des éclats X-Ray, l'évolution mesurée des spectres le long du jet tout trouver des explications simples et naturelles dans ce modèle que les effets perceptifs. Encouragé par ce premier succès, nous pouvons accepter notre modèle basé sur la flèche luminale comme un modèle de travail pour ces phénomènes astrophysiques.

Il convient de souligner que les effets perceptifs peuvent mascarade comme des violations apparentes de la physique classique. Un exemple d'un tel effet est le mouvement supraluminique apparent, qui a été expliqué et prévu dans le cadre de la théorie de la relativité restreinte avant même qu'elle ne soit effectivement observé. Bien que l'observation du mouvement supraluminique était le point de départ derrière le travail présenté dans cet article, il n'est en aucune façon une indication de la validité de notre modèle. La similitude entre un bang sonique et un boom luminale hypothétique dans l'évolution spatio-temporelle et spectrale est présenté ici comme un curieux, quoique probablement malsaine, fondement de notre modèle.

Une canette, cependant, soutenir que la théorie de la relativité (SR) ne traite pas de superluminality et, donc, mouvement et luminal booms superluminiques sont pas incompatibles avec SR. Comme en témoignent les déclarations de l'article original d'Einstein d'ouverture, la principale motivation pour la RS est une formulation covariante des équations de Maxwell, qui exige une transformation de coordonnées dérivées basées en partie sur le temps de Voyage lumière (LTT) effets, et en partie sur le principe que la lumière se déplace à la même vitesse par rapport à toutes les trames d'inertie. Malgré cette dépendance sur LTT, les effets LTT sont actuellement supposés s'appliquer sur un espace-temps qui obéit SR. SR est une redéfinition de l'espace et le temps (ou, plus généralement,, réalité) afin d'accueillir ses deux postulats de base. Il se peut qu'il y ait une structure plus profonde de l'espace-temps, dont SR est seulement notre perception, filtrée à travers les effets LTT. En les traitant comme une illusion d'optique à être appliqué sur un espace-temps qui obéit SR, nous pouvons être le double de les compter. Nous pouvons éviter le double comptage par démêler la covariance des équations de Maxwell de la transformations de coordonnées partie de SR. Traiter les effets LTT séparément (sans attribuer leurs conséquences pour la nature fondamentale de l'espace et le temps), nous pouvons accueillir superluminality et obtenir des explications élégantes des phénomènes astrophysiques décrites dans cet article. Notre explication unifiée pour les sursauts gamma et les sources de radio symétriques, donc, a des implications dans la mesure atteignant notre compréhension fondamentale de la nature de l'espace et le temps.


Photo par NASA Goddard Photo et Vidéo