Thursday, July 28, 2022

 Unfolding the secrets of the origin of the Universe with  a novel idea to the existence of   elusive   Dark energy and Dark matter 

.M.Meyyappan 

[Professor of Physics (Retd),  Department of Physics.Alagappa Government Arts College ,Karaikudi-630001, India] 

Abstract: 

Our understanding of some strange behaviours of galaxies  in deep universe demands new laws of physics  like dark matter and dark energy .Few observed cosmological events  like accelerated expansion of the universe ,flat rotation curves in spiral galaxies, appearance of strange rings and arcs of light in some distant galaxies can’t be explained with the known laws. In order to account for such strange things dark matter and dark energy have been proposed.. But there are some groups of scientists who do not believe dark matter and dark energy due to its non-interactive nature with baryons and electromagnetic fields.  Argument and counter argument are still going on among scientists.  This paper explains the  dark energy and dark matter  by proposing a reasonably novel idea of circular wave train.It  gives an acceptable solution for its invisibility and missing electromagnetic interaction .It describes the formation of circular wave trains in different situations –weak and strong gravitational fields . After the explosion of supernova, the last stage of a dying star due to lack of hydrogen fuel .nebula is formed  without  any trace of hydrogen But new young stars are formed in such nebula showed  the availability of rich abundance of hydrogen .  The formation of circular wave trains in strong gravitational filed or space with condensed energy produces hydrogen directly  The concept of circular wave trains predicts a possible way for the conversion of  dark energy  into conventional energy. 

Introduction 

          The visible universe including Earth, the sun, other stars, and galaxies, is made of nucleons  and electrons bundled together into atoms.  Cosmological observers and astrophysicists discovered that this ordinary baryonic matter makes up less than 5 %  of the total mass of the universe. The rest of the universe is supposed to be made   of a mysterious, invisible substance called dark matter (25 % ) and a force that repels gravity known as dark energy (70 %).  

        What makes people in brighter world to think about dark matter? Dark matter is required because visible matter alone doesn’t have enough gravitational muster to hold galaxies together. Dark matter is called "dark" because it does not interact with baryonic matter and electromagnetic field too, which means it does not absorb, reflect, scatter or emit electromagnetic radiation and is, therefore, difficult to detect with current instruments. Even then scientists are confident of dark matter because of its   gravitational effects that appear to have on galaxies and galaxy clusters 

          Dark energy is still more mysterious. Previously, physicists had assumed that the attractive force of gravity would slow down the expansion of the universe over time. But the physical observation was quite different to the prediction – instead of deceleration in the expansion of the universe , scientists found an acceleration. It  

                                                                        

indicates that some unknown force must be responsible to oppose gravitational pull, causing galaxies to speed apart from one another. The accelerated expansion seems to be growing stronger as the universe expands due to this repulsive force. For lack of a suitable name, scientists simply called this mysterious force  as dark energy. 

           Dark Matter is the missing matter that explains the flat rotation curves in galaxies whereas dark Energy is the unknown energy that favours  the accelerated expansion of the universe. As they refer two different things they cannot be converted one from the other like that of conventional matter and energy. The unusual properties associated with the dark matter and dark energy continue to confuse people as they are failed to find any convincing reasons for its  allowed violation in certain laws of physics..  For example Dark matter isn’t simply dark, it is invisible. Light of all types seems to pass through as though it is completely transparent. However, dark matter does have mass, which is shown by its gravitational influence 

Supporting evidences for dark matter and dark energy 

          The stars at the edges of a spinning, spiral galaxy should travel much slower than those near the galactic center, where the galaxy's visible matter is concentrated. But observations show that stars orbit at more or less the same speed regardless of where they are in the galactic disk. This puzzling result makes sense if one assumes that the boundary stars are feeling the gravitational effects of an unseen mass—dark matter—in a halo around the galaxy. Dark matter could also explain certain optical illusions that astronomers see in the deep universe. For example, some distant galaxies show unusual rings and strange arcs of light that can be explained if the light from even more distant galaxies is being distorted and magnified by massive, invisible clouds of dark matter in the foreground-a phenomenon known as gravitational lensing.   

          Astronomers believe that dark matter is present throughout the space. It more concentrated surrounding massive black holes and dwarf galaxies which are less bright and harder to observe which may contain more fraction of dark matter than the usual cosmos.  Scientists have  given an explanation for  what dark matter might be. According to their hypothesis  the   dark matter  is nothing but  exotic particles that don't interact with normal matter or light but that still exert a gravitational pull  The accelerated expansion of the universe requires some source of force which pulls out the galaxies away from the centre of the universe.. This invisible source is called dark energy. 

                The opposing groups against dark matter and dark energy  try to modify the existing theories of gravity  According to them , there are multiple forms of gravity, and the large-scale gravity governing galaxies must be different  from the gravity we                                                                           know..  They believe that the behavior of baryonic matter and electromagnetic radiation must be quite different in strong gravitational field. It is based on the assumption that the nature of the gravitational interaction  depends  on its strength  

Circular wave trains 

         . Usually all electromagnetic waves emitted from a source are linear and with rectilinear propagation they travel in the medium to any length of distance .When they travel undisturbed ,the leading waves pull and the rear waves push the train with mutual display of electromagnetic field.The behavior of linear wave trains with shorter length and  detached from the source is different due to lack of such  push-pull effect. They have some kind of inherent feeling to convert themselves into circular form to gain stability. Instead of getting fade out  the shorter linear wave trains change into  circular wave trains with less potential energy and  remain in the space for any length of time like that of  lengthy linear wave trains Such circular wave trains  have more stability to stay in the space than the corresponding  shorter linear wave trains. 

  

  

                                                           
     Shorter linear wave           ---►       circular wave trains  

        The light wave detached from the source may continue its propagation undisturbed provided it has sufficient length . If shorter than the limit the front waves are relaxed and the rear waves are pushing resulting with the formation of  circular wave trains..It encircles with a small space. Since the wave retraces its path , a kind of resonance sets in which makes  its   propagation  everlasting   like that of  linear wave train but in a circular path.The resonance condition requires that the circular path must be equal to some half integral multiples of wavelength of the light radiation. 

        The circular waves are bound and cyclic which makes it to be invisible forever.It does not mean that it is permanent .In fact  there is a way to convert the invisible  circular wave into visible linear wave by reacting with light waves having same wavelength and same frequency. The circular wave joins with the linear wave  and follow its path. Any little change in the wavelength and frequency will not reverse the circular wave trains into linear wave train, The invisible circular wave train  may                        

be a form dark energy. As it is self generated under certain situation, the circular wave trains may be existing everywhere. 

        The circular waves trains may be converted into particle when they are formed in  stronger gravitational field  or in the space with more energy density above certain threshold. The continuous circular motion in the same space condenses  its own energy with the energy bound by the waves into materialistic particles .It provides charge and spin.  In this process of materialization single particle formation is forbidden  as it needs to conserve the charge of the universe.  

        If the shorter wave has enough energy and length it forms circular waves with two loops in strong  gravitational field. It is noted that the wave motion in these two loops are clock-wise in one and anti clock-wise in the other .Making a convention that clock wise motion of circular wave trains becomes positively charged particle and anticlockwise motion yields negatively charged particle.. That is two loops of circular wave trains turn into particle and antiparticle .After the pair production they are separated apart .The antiparticle in the world undergoes total annihilation ,resulting with no change in the universe.                                       

                                                Electron    +   positron  ( with low energy strong gravity) 

                                                Proton       +   antiproton  (with higher energy , strong gravity 

                                                 Proton         +  electron (with higher energy, very strong gravity) 

.The circular waves trains can create hydrogen as such without violating the conservation of charge. Hydrogen formation is possible when we allow the non conservation of baryon number and lepton number in strong gravitational field.It explains the ever existing rich abundance of hydrogen in the space providing  unlimited fusion fuels to new and young stars in all galaxies.. All stars after exhausting hydrogen fuel live only for a shorter period. During this time they undergo very many structural and evolutionary changes in order to  attain some sort of stability as neutron star or black hole. When they left in unstable state like supernova it explodes all of a sudden  and creates  a nebula in the surrounding            

space.Even though it is filled with gases and dusts , the abundance of hydrogen will certainly be much low as it is formed with dying stars which depleted all of its  hydrogen fuel , New young stars will be formed within the nebula only when it is enriched with hydrogen  This is done by materialization with circular wave trains in strong gravitational field. 

 Acknowledgement 

The author is thankful to Senthil Meyyappan, an undergraduate student in Bosten University ,USA  who helped me to write this script. 

References: 

1.Alexander Alexandrovich Antonov ., Nature of dark matter and dark energy Journal of Modern Physics , 8 (4), 567 -582. (2017), 

2.Hand book of supernovae.,Athem W.Alsabti and Paul Murdin (ed)., Springer ISBN 978-3-319-21846-5 (eBook)   

Wednesday, July 27, 2022

 Unfolding the secrets of the origin of the Universe with  a novel idea to the existence of   elusive   Dark energy and Dark matter

.M.Meyyappan

[Professor of Physics (Retd),  Department of Physics.Alagappa Government Arts College ,Karaikudi-630001, India]

Abstract:

Our understanding of some strange behaviours of galaxies  in deep universe demands new laws of physics  like dark matter and dark energy .Few observed cosmological events  like accelerated expansion of the universe ,flat rotation curves in spiral galaxies, appearance of strange rings and arcs of light in some distant galaxies can’t be explained with the known laws. In order to account for such strange things dark matter and dark energy have been proposed.. But there are some groups of scientists who do not believe dark matter and dark energy due to its non-interactive nature with baryons and electromagnetic fields.  Argument and counter argument are still going on among scientists.  This paper explains the  dark energy and dark matter  by proposing a reasonably novel idea of circular wave train.It  gives an acceptable solution for its invisibility and missing electromagnetic interaction .It describes the formation of circular wave trains in different situations –weak and strong gravitational fields . After the explosion of supernova, the last stage of a dying star due to lack of hydrogen fuel .nebula is formed  without  any trace of hydrogen But new young stars are formed in such nebula showed  the availability of rich abundance of hydrogen .  The formation of circular wave trains in strong gravitational filed or space with condensed energy produces hydrogen directly  The concept of circular wave trains predicts a possible way for the conversion of  dark energy  into conventional energy.

Sunday, July 24, 2022

இருள்மை ஆற்றலும் இருள்மைப் பொருளும் - 1

 

இருள்மை ஆற்றலும் இருள்மைப் பொருளும் - 1

(Unfolding the secrets of Dark energy and dark matter)

                இன்றைக்கு நாம் காணும் இந்தப் பிரபஞ்சம் கற்பனைக்கும் எட்டாத மிகப் பெரியதொரு நெருப்புக் கோளம் வெடித்துச் சிதறியதால்  உருவானது என்று பெரு வெடிப்புக் கொள்கை (Big Bang Theory) கூறுகின்றது.ஒரு பெரிய நீர்மத் துளி சிதறுவதால் சிறு சிறு துளிகள் ஏற்படுவதைப்போல ,ஒரு விண்மீனிலிருந்து வெளியே வீசியெறியப்பட்ட வளிமம் அதைச் சுற்றிவரும் கோள்களாக உறைவதைப் போல அப்படியும் நிகழ்ந்திருக்கலாம் என்று நம்புவதற்கு இடமிருக்கிறது. பெருவெடிப்புக் கொள்கை அவ்வளவு பெரிய நெருப்புக் கோளம் எப்படி உருவானது? ,அதன் மூலம் என்ன? அது ஏன் ஒற்றைக் கோளமாக உருவானது? போன்ற கேள்விகளுக்கு  விளக்கம் கொடுக்கவில்லை என்றாலும் விரிவடையும் பிரபஞ்சத்திற்கு காரணம் கற்பிக்கின்றது

         இந்த பிரபஞ்சத்தின் மூலம் ஆற்றலாக இருக்கலாம், அல்லது பொருளாக இருக்கலாம் அல்லது ஆற்றலும் பொருளும் சேர்த்தததாக இருக்கலாம். பெரு வெடிப்புக் கொள்கை பிரபஞ்சத்தின் மூலமாக ஆற்றலையும் பொருளையும் கருதுகின்றது ஏன் ஆற்றலாக இல்லை அல்லது பொருளாக இல்லை என்பதற்கு ஒரு விளக்கம் கொடுக்கவில்லை ஆற்றல் என்றால் என்ன ?பொருள் என்றால் என்ன ? அவற்றை வேறுபடுத்தும் வேறுபாடுகள் யாவை ? என்பதைப்பற்றியும் தெரிந்து கொள்ளவேண்டும் . ஆற்றலும் பொருளும் ஒரே மூலத்தின் இருவேறு வடிவங்களே . ஆற்றல் திரண்டால் பொருள் பொருள் சிதைந்தால் ஆற்றல். .சார்புக் கொள்கை மூலம்  ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் நிறுவிய  E-mC2 என்ற சமன்பாடு ஆற்றலுக்கும் பொருளுக்குமுள்ள தொடர்பை உறுதிப்படுத்தி யிருக்கின்றது

ஆற்றல் , பொருள் இவற்றுள் எது அதிக நிலைப்புத் தன்மை கொண்டது?  ஒலி ,வெப்பம்   ஒளியாற்றல் போன்ற பாய்ம ஆற்றல்கள் பொருட்களால் உட்கிரகிக்கப்படும் வரை தொடர்ந்து பரவிக்கொண்டே இருக்கின்றன..இதனால் திறந்த வெளியில் அவை  நிலையற்றவை போலத் தோன்றினாலும் உண்மையில் அவை இறுதிவரை  ஆற்றலாகவே நிலைத்திருக்கின்றன.

பொருளைப் பிரபஞ்சமாகக் கட்டமைக்க  ஆற்றல் வேண்டும். அதனால் பெருவெடிப்புக் கொள்கையில் ஆற்றலும் பொருளும் சேர்ந்த கலவையே பிரபஞ்சத்தின் மூலமாகக் கொள்ளப்பட்டுள்ளது . பொருளில் உறைந்த ஆற்றலை வெளிப்படுத்தாமல் பயனீட்ட முடியாது. பொருளைச்  சிதைந்து ஆற்றலைப் பெற்ற பின்னரே பிரபஞ்சத்தின் கட்டுமானத்தைத் தொடரமுடியும். ,ஆனால் பொருள் தானாகச் சிதைவதற்கு காரணமில்லை . ஏனெனில் பொருள் சிதைந்து ஆற்றலாக நிலைமாற வேண்டுமானால் பொருளும் எதிர்ப்பொருளும் அருகருகே இருக்கவேண்டும் . இது பொருளும் அதற்கு இணையான எதிர்ப்பொருளும் தொடக்கத்திலேயே பெரிய நெருப்புக்கோளத்திற்குள் இருக்கவேண்டும் என்ற கட்டாயத்தை  ஏற்படுத்துகின்றது .

பிரபஞ்சத்தின் மொத்த மின்னூட்டம்  எந்த நிலையிலும் சுழியாக இருக்கும். இது காலத்தால் மாறாத இயற்கையின் கொள்கை ..இது தொடக்க நிலையில் பிரபஞ்சத்தின் மூலம் ஆற்றலாக இருக்கவேண்டும் என்று தெரிவிக்கின்றது. பொருளாக இருந்தால் ,பிரபஞ்சத்தின் மொத்த மின்னூட்டம் சுழியாக இருக்கவேண்டும் என்ற நிபந்தனைக்கு ஏற்ப அதில் பொருளும் எதிர்பொருளும் சம அளவில் இருக்க வேண்டும் என்ற கட்டாயத்தை உட்புகுத்துகின்றது .

               அடிப்படைத் துகள்களானாலும் சரி ,பேரளவிலான பொருளானாலும் சரி அவைகளுக்குள் ஏற்படும் எந்த மாற்றங்களும் மின்னூட்டம் மாறாக் கோட்பாட்டிற்கு உட்பட்டே நிகழ்கின்றன . பேரண்டத்தின்  ஒவ்வொரு பகுதியும் கூட மின்னூட்டம் மாறாக் கோட்பாட்டிற்கு உட்பட்டிருக்கின்றன என்றாலும் மிகத் தற்காலிகமாக சிறிய அளவில் மின்னூட்டம் மாறுபடலாம் ..இவை  குறைக்கடத்தியில் நேர்மின் துளை போல செயல்பட்டு காலப்போக்கில் மின்னூட்டத்தை சமன் செய்து கொண்டு விடுகின்றன மின்னூட்ட நடுநிலை என்பது பொருட்களைவிட ஆற்றலுக்கு இயற்கையாகவே இருக்கின்றது ஆற்றலுக்கு உள்ள சுதந்திரம் பொருளுக்கு இல்லை. ஆற்றல் மற்றொரு ஆற்றலாக மாறலாம். மின்னூட்டம் எதுவாக இருந்தாலும் பொருள் மீது உறையலாம் .ஆனால் பொருளுக்கு அப்படிப்பட்ட சுதந்திரம் இல்லை.. ஒரு பொருள் அழியவேண்டுமானால் அதற்கு இணையான எதிர்ப்பொருள் வேண்டும்..ஒரு பொருள் உருவாகும் போதும் மின்னூட்டம் மாறாக் கோட்பாட்டிற்கு ஏற்ப பொருளும் எதிர்ப்பொருளுமாகவே உற்பத்தி செய்யப்படவேண்டும் . இதைப் பருப்பொருளாக்கம் (materialization)  என்பர் . பொருள் பருப்பொருளாக்கம் மற்றும் ஒளியால் உற்பத்தி (photo production ) போன்ற வினைகளால் மட்டுமே உற்பத்தி செய்யமுடியும். இவ்வினைகளில் பொருளும் எதிர்பொருளும் இணைந்தே உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றனபொருளாக்க வினைகளில் துகள் எதிர்த்துகள் (எலெக்ட்ரான் - பாசிட்ரான் , புரோட்டான் -எதிர் புரோட்டான் )  மட்டுமே அனுமதிக்கப்படுகின்றது .நேர்மின் துகள் எதிர்மின் துகள்  புரோட்டான் -எலெக்ட்ரான் ) உருவாக்கம் ஏற்படுவதில்லை  ஆற்றலும் பொருளும் ஒரு சமநிலையில் இருக்கும் போது அவை களுக்கிடையே பரிமாற்ற வினைகள் தூண்டப்படுவதில்லை.சமநிலையற்ற அமைப்புக்கள் பிரபஞ்சத்தில் அதிக காலம் நிலைத்திருப்பதில்லை என்பதால் அவை தானாகவே ஒரு சமநிலையை அடைய முயன்று சமநிலையைப் பெற்று நிலைப்படுகின்றன அதனால் ஆற்றலும் பொருளும் சேர்ந்தகலப்பு நிலை பிரபஞ்சத்தின் மூலமாக இருக்கமுடியாது என்று கருதலாம்.

பிரபஞ்சம் ஆற்றலிலிருந்தே தோன்றி விரிவடைந்திருக்க வேண்டும்  ஏனெனில் பொருளுக்கு இருக்கும் நிபந்தனைகள் ஆற்றலுக்கு இல்லை

பொருள் உலகில் எதிர்பொருளும் , எதிர்ப்பொருள் உலகில் பொருளும் நிலைத்திருக்க முடியாது .அவை அவைகளுக்கிணையான எதிர்பொருட்களை நாடி இணைந்து ஆற்றலாக மாறிவிடுகின்றதுஅதாவது பருப்பொருளாக்கத்திற்கு முன்பிருந்த நிலையையே மீண்டும் அடைகின்றது. இது பொருளைவிட ஆற்றலுக்குக் கூடுதல்  நிலைப்புத்தன்மை உண்டு என்பதைத் தெரிவிக்கின்றது மேலும் ஆற்றல் புறத் தூண்டலின்றி பொருளாக மாறுவதில்லை. ஆனால் பொருளும் எதிர்ப்பொருளும்  புறத் தூண்டலின்றியே ஆற்றலாக மாறுகின்றது . இணையான எதிர்ப்பொருள் அருகில் இல்லாமையால் ஒரு பொருள் நிலையானது போலத் தோன்றலாம். ஆனால்  இணையான எதிர்ப்பொருளைக் கண்டுவிட்டால் பொருள் உடனடியாக முழு அழிவாக்கத்தில் ஈடுபடுகின்றது. பருப்பொருளாக்க வினையை விட முழுஅழிவாக்க வினை விரைந்து நிகழ்கின்றது. இது பொருளை விட ஆற்றலே நிலைப்புத் தன்மை மிக்கது என்பத்தைத் தெரிவிக்கக் கூடியதாக இருக்கின்றது    .