[論文レビュー] Empirical evidences in favor of a varying-speed-of-light

Yves‐Henri Sanejouand|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2009

Scientific Research and Discoveries参考文献 32被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、月レーザーレトロコherent測定、ペイオネア異常、宇宙論的時間遅延、および超新星観測からの経験的証拠に基づき、光の速度が年間2.1–3.0 cm/sずつ減少すると提案している。この仮説は、ダークエネルギーや修正重力の導入を必要とせず、同時に微細構造定数およびリュードバーグ定数の不変性を保つために、真空中の誘電率や電子質量などの他の定数の補正的変化を要請する。

ABSTRACT

The empirical evidences in favor of the hypothesis that the speed of light decreases by a few centimeters per second each year are examined. Lunar laser ranging data are found to be consistent with this hypothesis, which also provides a straightforward explanation for the so-called Pioneer anomaly, that is, a time-dependent blue-shift observed when analyzing radio tracking data from distant spacecrafts, as well as an alternative explanation for both the apparent time-dilation of remote events and the apparent acceleration of the Universe. The main argument against this hypothesis, namely, the constancy of fine-structure and Rydberg constants, is discussed. Both of them being combinations of several physical constants, their constancy imply that, if the speed of light is indeed time-dependent, then at least two other "fundamental constants" have to vary as well. This defines strong constraints which will have to be fulfilled by future varying-speed-of-light theories.

研究の動機と目的

• 時間変化する光の速度に関する経験的証拠を調査し、cを普遍的定数と仮定する標準的仮定に挑戦すること。
• ダークエネルギーや修正重力ではなく、ゆっくり減少するc(t)を用いてペイオネア異常、顕著な宇宙の加速、および遠方超新星における時間遅延を説明すること。
• 時間変化する光の速度と整合させるために、微細構造定数αおよびリュードバーグ定数Rᵧの観測的不変性を、他の物理定数の補償的変化によって説明すること。
• 月レーザー測定データが時間変化するc(t)と整合するかを評価し、月の後退の標準的 tidal 解釈とは対照的に、代替的説明を提示すること。

提案手法

• 光の速度に線形時間依存性を仮定：c(t) = c₀ + a꜀t、ここでa꜀はcの時間変化率である。
• 月レーザー測定データを用いて、往復光伝播時間の時間微分δtₘを推定し、その観測された時間変化率からa꜀を導出する。
• ペイオネア10/11探査機の電波追跡データを分析し、時間依存的なブルー・シフトが時間変化するc(t)と整合することを検証する。
• 高赤方偏移超新星からの時間遅延およびハッブル則のデータを用い、時間変化するc(t)モデルとの整合性をテストする。
• 微細構造定数αおよびリュードバーグ定数Rᵧの不変性からの制約を評価し、ε₀やmₑなどの他の定数の補償的変化を要請する。
• 理論的整合性を示すために、αおよびRᵧが不変であれば、時間変化するc(t)下でもそれらの値を維持するためにε₀(t)またはmₑ(t)が変化しなければならないことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 月レーザー測定における往復時間の増加は、地球-月距離の増加ではなく、光の速度の減少によって説明できるか？
• RQ2 ペイオネア異常は、線形に減少する光の速度c(t)と整合するか？その場合、電波信号に時間依存的なブルー・シフトが生じるか？
• RQ3 宇宙の顕著な加速および遠方超新星における時間遅延は、ダークエネルギーを導入せず、時間変化する光の速度c(t)によって説明可能か？
• RQ4 微細構造定数およびリュードバーグ定数の不変性は、時間変化する光の速度とどのように調和できるか？
• RQ5 αおよびRᵧの観測的不変性を維持するために、c(t)とともに変化させる必要がある他の基本定数は何か？

主な発見

• 月レーザー測定データから、光の速度の時間変化率a꜀ = -9.4 × 10⁻¹⁰ m/s²が得られ、これは年間2.9 cm/sの減少に相当する。
• 1969年以降の長さの日数の減少が、潮汐モデルの予測と矛盾しており、月の距離増加の一部が時間変化するc(t)に起因すると示唆される。
• ペイオネア異常、すなわち電波信号に持続的な時間依存的ブルー・シフトが観測される現象は、a꜀ ≈ -9.4 × 10⁻¹⁰ m/s²の線形減少するc(t)によって一貫して説明可能である。
• 宇宙の時間遅延および顕著な宇宙の加速は、時間変化するc(t)によって説明可能であり、a꜀の範囲は-6.6から-9.4 × 10⁻¹⁰ m/s²であり、複数のデータセットと整合する。
• 微細構造定数αの不変性は、真空中の誘電率ε₀(t)がc(t)と逆に変化しなければならないことを要求し、Z₀ = 1/(ε₀c)が真の基本定数であると示唆する。
• リュードバーグ定数Rᵧの不変性は理論をさらに制約し、電子質量mₑまたは換算プランク定数ℏがc(t)と連動して変化しなければならないことを要請する。