[論文レビュー] Cosmology in Flat Space-Time

Wasley S. Krogdahl|ArXiv.org|Feb 3, 2004

Relativity and Gravitational Theory被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、質量-エネルギー等価性を組み込むことによって、平坦な時空におけるローレンツ不変な重力理論を提案し、近日点移動、重力赤方偏移、レーダーエコー遅延といった主要な相対論的効果を正確に予測している。また、ミルンの運動論的宇宙論モデルを力学的枠組みに写像することで、曲がった時空を必要とせずに標準的な相対論的予測を再現できることを示しており、一般相対性理論の代替案を提供するものであり、理論的・観測的欠陥が少ない。

ABSTRACT

Flat space-time has not heretofore been thought a suitable locus in which to construct model universes because of the presumed necessity of incorporating gravitation in such models and because of the historical lack of a theory of gravitation in flat space-time. It is here shown that a Lorentz-invariant theory of gravitation can be formulated by incorporating in it the mass-energy relation. Such a theory correctly predicts the well-known relativistic effects (advance of perihelion, gravitational refraction, gravitational red shift, echo delay of sun-grazing radio signals, and others). The equations of motion, properly stated, are also seen to be identical to those of electromagnetism and lead to the correct prediction of gravitational radiation. Therefore Milne's kinematic model of the universe, mappable into his dynamical (or Newtonian) model, offers a unique alternative to the general relativistic models which are encumbered with both theoretically and observationally objectionable features.

研究の動機と目的

• 曲がった時空を必要としない平坦な時空内での実用的な重力理論の構築を目的とし、重力が曲がった時空を必要とするという仮定に挑戦すること。
• 特にローレンツ不変性と整合する理論として、平坦な時空内での一貫性のある重力理論が歴史的に不足していたことへの対処。
• ミルンの宇宙の運動論的モデルが、曲がった時空を用いずに、主要な相対論的現象を再現できる力学的枠組みに写像可能であることを示すこと。
• 一般相対性理論に伴う理論的・観測的問題（特異点、ダークエネルギーの仮定など）を回避する代替の宇宙論的モデルを提供すること。
• 平坦な時空の枠組み内で、ハッブル定数やオルバースのパラドックスといった宇宙論的謎を説明すること。

提案手法

• 質量-エネルギー等価性関係を平坦な時空に統合することで、ローレンツ不変な重力理論を定式化する。
• 電磁気学の式と形式的に同一の運動方程式を導出し、重力波の一貫した予測が可能であることを示す。
• 近日点移動、重力赤方偏移、レーダー時間遅延といった標準的な相対論的検証に理論を適用する。
• 導出された重力方程式を用いて、特殊相対性理論と運動論的膨張に基づくミルンの運動論的モデルを力学的モデルに写像する。
• 得られた枠組みを用いて、ハッブル定数やオルバースのパラドックスといった宇宙論的観測を分析する。
• ダークマターとダークエネルギーの効果を、新たな物質やエネルギーの仮定をせず、平坦な時空の力学的特徴として出現するものとして解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量-エネルギー等価性を用いて、平坦な時空内に一貫性がありローレンツ不変な重力理論を構築できるか？
• RQ2 平坦な時空内での導出された運動方程式が、近日点移動や重力赤方偏移といった標準的な相対論的予測を再現できるか？
• RQ3 ミルンの運動論的宇宙論モデルを、曲がった時空を用いずに観測宇宙論と一致する力学的モデルに拡張できるか？
• RQ4 この平坦な時空の枠組み内で、ハッブル定数やオルバースのパラドックスをどのように説明できるか？
• RQ5 ダークエネルギーおよびダークマターに帰属される効果を、新たな物質やエネルギーの仮定をせずに説明できるか？

主な発見

• 理論は、一般相対性理論と同等の精度で水星の近日点移動を正確に予測している。
• 重力赤方偏移とレーダーエコー遅延（太陽に近い電波信号の例）が、平坦な時空モデルによって正しく再現されている。
• 重力の運動方程式は、電磁気学の式と形式的に同一であり、重力波の一貫した予測が可能である。
• 提案された重力理論を用いて拡張されたミルンの運動論的モデルは、主要な観測データと一致する宇宙論的枠組みを提供する。
• ハッブル定数とオルバースのパラドックスは、曲がった時空やダークエネルギーを仮定せずに、この平坦な時空の枠組み内で説明可能である。
• ダークマターとダークエネルギーの効果は、平坦な時空内の力学的特徴として出現するものであり、基本的成分としての仮定は不要である。