[論文レビュー] A generalisation of classical electrodynamics for the prediction of scalar field effects

Koen J. van Vlaenderen|ArXiv.org|May 21, 2003

Quantum and Classical Electrodynamics参考文献 15被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、スカラーダイナミクスの一般化を提案する。電磁ポテンシャルのスカラーダイナミクス S = −ε₀μ₀∂Φ/∂t − ∇·A を、ゲージの便宜的性質ではなく、物理的・観測可能なスカラーフィールドとして扱う。マクスウェル方程式を S の微分を含む形に再定式化することで、この理論は真空中の縦方向電スカラ波、電流素子への縦方向力、静的電荷および S フィールドによるエネルギー変換を予測し、標準的なゲージ固定電磁力学の検証可能な代替理論を提供する。

ABSTRACT

Within the framework of Classical Electrodynamics (CED) it is common practice to choose freely an arbitrary gauge condition with respect to a gauge transformation of the electromagnetic potentials. The Lorenz gauge condition allows for the derivation of the inhomogeneous potential wave equations (IPWE), but this also means that scalar derivatives of the electromagnetic potentials are considered to be \emph{unphysical}. However, these scalar expressions might have the meaning of a new physical field, $\mathsf S$. If this is the case, then a generalised CED is required such that scalar field effects are predicted and such that experiments can be performed in order to verify or falsify this generalised CED. The IPWE are viewed as a generalised Gauss law and a generalised Ampere law, that also contain derivatives of $\mathsf S$, after reformulating the IPWE in terms of fields. Some recent experiment show positive results that are in qualitative agreement with the presented predictions of scalar field effects, but further quantitative tests are required in order to verify or falsify the presented theory. The importance of Nikola Tesla's pioneering research, with respect to the predicted effects, cannot be overstated.

研究の動機と目的

• スカラーダイナミクス S の導関数が物理的でない・観測不能であるという従来の見解に挑戦すること。
• S を物理的スカラーフィールドとして扱うことで、古典的電磁力学を再定式化し、新たな電磁現象の予測を可能にすること。
• 静的電荷および S フィールドを介した縦方向電スカラ波、力、エネルギー変換の理論的枠組みを提供すること。
• 特にニコラ・テスラの高周波・高電圧実験を含む歴史的実験を、この一般化理論の下で再評価すること。
• S が本質的に物理的でないと仮定するのを逆転させ、S フィールド効果の検証可能で循環的でない基礎を確立すること。

提案手法

• S の微分を含む一般化されたガウス則およびアンペール則として、非同次ポテンシャル波方程式（IPWE）を再定式化する。
• 修正された場の法則を導入する：∇·E − ∂S/∂t = ρ/ε₀ および ∇×B + ∇S − ε₀μ₀∂E/∂t = μ₀J。S = 0 のとき、これらは標準マクスウェル方程式に還元される。
• 電荷保存則に起因し、S が均一波方程式を満たす物理的スカラーフィールドとして定義する。
• S を含む一般化された力および仕事の定理を導出し、例として縦方向力に寄与する ⃗J·S 項、静的電荷からの電力に寄与する ρS/ε₀ 項を含む。
• E および B のゲージ変換不変性を用いて、S が χ に対して非自明に変化することを示し、S が単なる数学的便宜ではないことを示す。
• この理論を応用して、真空中の縦方向波、電流素子への力、静的電荷が S フィールドを介してエネルギーを供給する現象を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラーダイナミクス S = −ε₀μ₀∂Φ/∂t − ∇·A を、ゲージの便宜的性質ではなく、物理的・観測可能なスカラーフィールドとして解釈できるか？
• RQ2 S を一般化電磁力学枠組み内での物理的フィールドとして扱うとき、どのような観測可能な電磁現象が生じるか？
• RQ3 S を含む一般化された力および仕事の定理は、標準的なものとどのように異なり、どのような新しい物理的効果を予測するか？
• RQ4 特にニコラ・テスラの実験を含む歴史的実験は、この一般化理論の予測とどの程度整合するか？
• RQ5 スカラーフィールド S は、標準電磁力学では説明できない縦方向力および波を説明できるか？

主な発見

• 理論は、E および B がゼロであるときの一般化場方程式の解として、真空中の縦方向電スカラ波の存在を予測する。
• 一般化された力定理における ⃗J·S 項を通じて、電流密度に平行に作用する縦方向電磁力が予測され、これは爆発ワイヤー実験やヘアピン実験で観測された力の説明に役立つ可能性がある。
• 一般化された仕事定理には ρS/ε₀ 項が含まれており、静的電荷が S フィールドと相互作用することで電力源として機能することが示唆され、これは標準電磁力学には存在しない画期的な予測である。
• 電荷保存則に起因し、スカラーフィールド S は均一波方程式を満たす。これは動的源が主であることを示唆し、集団的量子トンネル効果が例外的である可能性がある。
• この理論は、標準マクスウェル理論で縦方向波が観測されない理由を、S を物理的フィールドとして扱わない限り波が現れないことにより、物理的根拠を提供する。
• 最近の実験では予測と定性的に整合する結果が得られているが、著者は理論の検証または反証を確認するためのさらなる定量的検証の必要性を強調している。