[論文レビュー] Ether theory of gravitation: why and how?

Mayeul Arminjon|ArXiv.org|Jan 7, 2004

Relativity and Gravitational Theory参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、重力を不均一な媒体内の圧力力として扱い、優先的慣性枠を保ちながらローレンツ対称性の破れを許容するスカラー・エーテル理論を提案する。完全な理論として、宇宙論的・電磁気的・量子的関連を備え、点粒子極限における内部構造効果を予測するが、これは弱い等価原理の破れを引き起こす。一方、光および重力波の標準的後ニュートン的効果と一致する。

ABSTRACT

Gravitation might make a preferred frame appear, and with it a clear space/time separation--the latter being, a priori, needed by quantum mechanics (QM) in curved space-time. Several models of gravitation with an ether are discussed: they assume metrical effects in an heterogeneous ether and/or a Lorentz-symmetry breaking. One scalar model, starting from a semi-heuristic view of gravity as a pressure force, is detailed. It has been developed to a complete theory including continuum dynamics, cosmology, and links with electromagnetism and QM. To test the theory, an asymptotic scheme of post-Newtonian approximation has been built. That version of the theory which is discussed here predicts an internal-structure effect, even at the point-particle limit. The same might happen also in general relativity (GR) in some gauges, if one would use a similar scheme. Adjusting the equations of planetary motion on an ephemeris leaves a residual difference with it; one should adjust the equations using primary observations. The same effects on light rays are predicted as with GR, and a similar energy loss applies to binary pulsars.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論と量子力学および電磁気学を統合する完全で自己整合的なスカラー・エーテル理論の構築。
• 一般相対性理論が優先的フレームを持たないのに対し、量子力学が優先的空間／時間の分離を必要とするという不整合の解消。
• 特に天体力学および重力波放射に関して、天体観測と宇宙論的観測との整合性を検証。
• 非ニュートン的点粒子極限の結果としての、弱い等価原理の破れの可能性を含む、その物理的意味の探求。
• 量子理論におけるハミルトニアン・波動対応とスカラー重力場との関係の確立。

提案手法

• 重力をスカラー・エーテル内での圧力力として定式化し、空間成分に異方的を持つ計量と優先的慣性枠を導出。
• スカラー重力ポテンシャルの場の方程式を導出し、曲がった時空内での修正ニュートン第二法則を用いて連続体力学と結合。
• 漸近的後ニュートン近似スキームを構築し、質量中心（EMMC）の運動方程式を導出し、エフェマリスとの比較を可能に。
• 球対称な重力的崩壊、光線の屈折、均一な宇宙論的モデルに理論を適用し、宇宙の加速膨張を予測。
• スカラー場とマクスウェル方程式の重力場内での関係を確立し、波動力学からクライン＝ゴルドン方程式を導出し、ハミルトニアン・波動対応を確立。
• ディラック方程式への適用を試み、古典的ハミルトニアン力学から重力場内での重力的ディラック方程式を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 優先的慣性枠を保ちつつ、標準的相対論的効果を再現できるスカラー・エーテル理論の重力理論を構築可能か？
• RQ2 この理論の点粒子極限が内部構造効果により弱い等価原理を破るのか？一般相対性理論と比較してどう異なるか？
• RQ3 この理論が光線の運動および重力波放射のダイナミクスをどのように予測するか？また、連星パルサー観測と整合するか？
• RQ4 ハミルトニアン・波動対応およびクライン＝ゴルドン方程式を通じて、スカラー重力場を量子力学と一貫して結びつけられるか？
• RQ5 この理論は、ダークエネルギーもしくは追加パラメータを導入せず、宇宙の加速膨張を予測できるか？

主な発見

• 点粒子極限において内部構造効果により弱い等価原理が破れることが理論で予測され、物体が点粒子として扱われてもその効果は持続する。
• 漸近的後ニュートン近似スキームにより得られる運動方程式は、標準的なEIH型方程式とは異なり、太陽系のエフェマリスと比較して残差的な不一致を示す。
• この理論は一般相対性理論と同一の光の屈折および重力波エネルギー損失を予測する。特に調和ゲージにおいては、連星パルサーの観測と整合的である。
• この理論における均一な宇宙論的モデルは、ダークエネルギーもしくは追加パラメータを必要とせず、宇宙の加速膨張を予測する。
• 時間変動する重力場内では物質の生成・消失が予測され、これは一般相対性理論に存在しない新しい物理的効果である。
• スカラー重力場とクライン＝ゴルドン方程式との一貫した関係が確立され、この手法は古典的ハミルトニアン力学から重力場内でのディラック方程式を導出する応用に拡張された。