[論文レビュー] Comparison of the Phenomena of Light Refraction and Gravitational Bending

Robert J. Buenker|ArXiv.org|Apr 21, 2009

Laser and Thermal Forming Techniques参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、光の重力的屈曲と光学的屈折が、光の有効速度の空間的変化に起因する根本的に類似した現象であると主張している。ハイゼンズの原理を適用し、重力時間歪みを考慮することで、日食時の星の光の屈曲が、光子の経路が曲がっていると仮定せずに波面の回転によって説明可能であることが示され、アインシュタインの元々の予測と同一の屈曲角が得られる。

ABSTRACT

The properties of light in the presence of electromagnetic and gravitational fields are compared. Once one takes account of the fact that clock rates vary with distance from a massive object, it is argued that in an absolute sense light frequencies remain constant in both interactions. It is also pointed out that the criterion used by Einstein for the angle of curvature of light rays passing close to the sun is not their actual trajectory but rather Huygens' Principle. The latter only requires that the speed of light vary with distance from a gravitational source in order to produce a measurable effect. As a result, the observed displacement of star images during solar eclipses can be explained on the basis of a rotation of the wave front of light without assuming that individual photons are actually deflected by the sun. A calculation reported by Schiff in 1960 based on the assumption that light travels in a straight line for all local observers obtains the same closed expression for the angle of displacement of star images as in Einstein's original work, in support of this interpretation. Since light is believed to follow a straight-line trajectory within any given homogeneous transparent medium, it is argued that light refraction and gravitational bending have more in common than is generally realized.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果を光子の曲がりと解釈する従来の見方を挑戦し、波面ダイナミクスに基づいて再解釈すること。
• 日食時の星像のずれが、曲がった光子の経路を仮定せずに説明可能であることを示すこと。
• 光学的屈折と重力的屈曲の概念的枠組みを、共通する物理的原理に注目することで統合すること。
• ハイゼンズの原理に基づく波動的アプローチを用いて、アインシュタインの結果とシフの結果が等価であることを検証すること。
• 適切な時間歪みを考慮した場合、電磁場および重力場において光の周波数が一定であると主張すること。

提案手法

• 重力場内での光の伝播をモデル化する際、波面を主たる物理的実体として扱い、ハイゼンズの原理を適用する。
• 重力時間歪みによる光の位相速度の変動を導入し、波面の回転を生じるとする。
• 等価原理と局所的慣性系を用いて、局所的観測者にとっては光が直線を進むことを示す。
• 波面回転から導かれた屈曲角を、アインシュタインの元々の予測とシフの1960年の計算結果と比較する。
• 重力ポテンシャルに伴う時計の刻みの変化の役割を分析し、絶対的意味での光の周波数が一定を保つ仕組みを明らかにする。
• 幾何光学的アプローチを用いて、時空の曲がりを仮定せずとも一般相対性理論と同一の屈曲角を導出可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光の重力的屈曲を、光子の経路が曲がっていると仮定せずに説明できるか？
• RQ2 光の屈折と重力的屈曲は、どの程度共通する物理的メカニズムを有するか？
• RQ3 日食時の星の光の屈曲が、光子の曲がりではなく波面の回転に起因するのか？
• RQ4 重力時間歪みは、重力場内での光の見かけの速度および周波数にどのように影響するか？
• RQ5 ハイゼンズの原理を用いた波動的モデルから、一般相対性理論と同一の屈曲角を導出できるか？

主な発見

• 日食時の星像の観測されたずれは、光の有効速度の空間的変化に起因する波面の回転によって説明可能である。
• 波面回転モデルから導かれた屈曲角は、アインシュタインの元々の予測とシフの1960年の結果とまったく一致する。
• 適切な時間歪みを考慮した場合、電磁場および重力場において光の周波数は一定のままである。
• 重力的屈曲現象は光子の曲がりによるものではなく、重力ポテンシャル内での光の速度の変化に起因する波面の曲がりによるものである。
• 光学的屈折と重力的屈曲の類似性は、従来の認識よりも強く、両者とも位相速度の空間勾配に起因する。
• ハイゼンズの原理は、一般相対性理論と同等の整合的かつ一貫した枠組みを提供し、質量体の周囲での光の屈曲を計算可能である。