[論文レビュー] Dynamical 3-Space: Emergent Gravity

Reginald T. Cahill|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2011

Relativity and Gravitational Theory参考文献 9被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、流動的で非幾何的空間における量子波の屈折から生じる重力の現象としての重力を再解釈する動的3次元空間理論を提唱する。ガリレオの自由落下実験を再解釈し、空間の流れを検出するマイケルソン＝モーリー実験を組み込むことで、余分な仮定を必要とせず、暗黒物質、暗黒エネルギー、平坦な回転曲線、宇宙構造を統一的に説明するフレームワークを導出する。主要なパラメータGとα（構造定数）は、実験的データと直接関連づけられており、理論の予測力の根幹をなしている。

ABSTRACT

The laws of gravitation devised by Newton, and by Hilbert and Einstein, have failed many experimental and observational tests, namely the bore hole g anomaly, flat rotation curves for spiral galaxies, supermassive black hole mass spectrum, uniformly expanding universe, cosmic filaments, laboratory G measurements, galactic EM bending, precocious galaxy formation,.. The response has been the introduction of the new epicycles: ``dark matter", ``dark energy", and others. To understand gravity we must restart with the experimental discoveries by Galileo, and following a heuristic argument we are led to a uniquely determined theory of a dynamical 3-space. That 3-space exists has been missed from the beginning of physics, although it was 1st directly detected by Michelson and Morley in 1887. Uniquely generalising the quantum theory to include this dynamical 3-space we deduce the response of quantum matter and show that it results in a new account of gravity, and explains the above anomalies and others. The dynamical theory for this 3-space involves G, which determines the dissipation rate of space by matter, and alpha, which experiments and observation reveal to be the fine structure constant. For the 1st time we have a comprehensive account of space and matter and their interaction - gravity.

研究の動機と目的

• 重力と宇宙論における長年の異常、例えばボアホールg異常、平坦な回転曲線、暗黒エネルギーを、基礎的物理学を再解釈することで解決すること。
• 相対性理論と時空幾何学の妥当性に疑問を呈する。相対的効果が、動的3次元空間を絶対的に通過する運動に起因することを示し、一般相対性理論の限界を示すこと。
• 重力、量子理論、空間力学を統一する。物質と流動的で量子泡沫に似た3次元空間の相互作用から重力を発生現象として導出すること。
• G（空間の散逸率）とα（構造定数）が実験的に測定可能であり、理論の予測力の根幹をなす根本的パラメータであることを示すこと。

提案手法

• ガリレオの自由落下観察から、空間の流れが慣性加速度を引き起こすと仮定し、3次元の非幾何的空間の力学を導出する。
• 空間速度場v(r,t)をガリレオ共変形式で取り扱い、空間を幾何的舞台ではなく動的媒体として扱う。
• この動的空間における物質に量子理論を適用し、空間の不均一性と時間依存性に起因する量子波の屈折効果として重力が生じることを示す。
• 動的3次元空間方程式を解き、ブラックホールおよびフィラメント解を導出し、ニュートン的1/r²とは対照的に長距離にわたる1/rの重力加速度を導出する。
• 宇宙探査機の最接近時ドップラーシフト、ボアホールg異常、ブラックホール質量スペクトルといった実験的データを用い、理論のパラメータGとαを制約・検証する。
• 構造定数α ≈ 1/137が、動的空間の自己相互作用結合定数として自然に導かれ、量子現象と重力現象を結びつけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力は、時空の曲率ではなく、動的3次元空間における量子波の屈折から生じる現象として説明可能だろうか？
• RQ2 スパイラル銀河が平坦な回転曲線を示す理由は何か？これは暗黒物質を仮定せずに説明可能だろうか？
• RQ3 実験的G測定値の異常と宇宙膨張の異常は、未知の粒子や場ではなく、空間の基本的ダイナミクスに起因するのだろうか？
• RQ4 構造定数αは、空間ダイナミクスの根本的パラメータとして導出可能だろうか？ 量子理論と重力を結びつける鍵となるか？
• RQ5 光速の異方性と相対論的効果は、時空不変性ではなく、動的空間を絶対的に通過する運動によってよりよく説明可能だろうか？

主な発見

• 理論は、動的3次元空間におけるブラックホール解の誘導から生じる1/rの重力加速度を導出し、暗黒物質を仮定せずボアホールg異常と平坦な回転曲線を説明できる。
• G（空間が物質に散逸するレート）は、宇宙探査機の最接近時ドップラーシフト異常を直接測定することで実験的に測定可能である。
• 構造定数α ≈ 1/137は、動的3次元空間の自己相互作用結合定数として特定され、ブラックホール質量スペクトルとg異常データからも裏付けられている。
• 3次元空間方程式の原始ブラックホールおよびフィラメント解は、長距離にわたる引力的場g(r) ∝ 1/r^{1+α/4}を生じ、宇宙のウェブ構造を説明する。
• 理論は、中心部の高圧・高温状態に起因する誘導ブラックホールから生じる、惑星の継続的膨張と内部物質生成を予測しており、小型の地球半径における大陸のフィットデータと整合的である。
• 理論は一般相対性理論の予測を反証する。相対的効果は時空不変性ではなく、空間を絶対的に通過する運動に起因し、ローレンツ相対性が実験的に確認されていることを示している。