[論文レビュー] Foundation of relativistic astrophysics: Curvature of Riemannian Space versus Relativistic Quantum Field in Minkowski Space

Yu. V. Baryshev|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、一般相対性理論（GRT）とファインマンの重力理論（FGT）を比較し、共通の古典的効果を持つにもかかわらず、相対論的天体物理学における予測の相違を対比している。LIGO-Virgoによる重力波検出とイベントホライズン望遠鏡の観測が、両理論を区別するための重要なテストであると強調しており、今後の天体物理学的データが基本的相互作用の統一を進める可能性がある。

ABSTRACT

The common basis for many high energy astrophysical phenomena is the theory of gravitation, for which in modern theoretical physics there are two main directions: Einstein's geometrical and Feynman's nonmetric field approaches for description of gravitational interaction. Though classical relativistic effects have the same values in both approaches, there are dramatically different effects predicted by GRT and FGT for relativistic astrophysics. Crucial observational tests which allow to test the physics of the gravitational interaction are discussed, including detection of gravitational waves by advanced LIGO-Virgo antennas and Event Horizon Telescope observations of active galactic nuclei. Forthcoming relativistic astrophysics can open new ways in understanding of gravitation and the unification of fundamental physical interaction.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論（GRT）の幾何学的重力と、フェインマンの非計量場理論（FGT）の相対論的量子場理論的扱いの間の基礎的差異を検討すること。
• 高エネルギー天体物理学現象におけるGRTとFGTの予測の間の観測可能な差異を特定すること。
• 高度な重力波検出器（LIGO-Virgo）とイベントホライズン望遠鏡が、これらの競合理論の物理的妥当性を検証する上で果たす役割を評価すること。
• 近い将来の相対論的天体物理学的観測が、基本的物理相互作用の統一にどのように貢献するかを検討すること。

提案手法

• リーマン空間における曲率の理論的枠組みとミンコフスキー空間における相対論的量子場理論の枠組みを用いたGRTとFGTの比較的分析。
• 両理論に共通する古典的相対論的効果の評価を通し、高エネルギー予測における差異を隔離すること。
• 重力波検出と活動銀河核の画像化という、GRTとFGTを区別できる観測的テストの特定。
• LIGO-Virgoとイベントホライズン望遠鏡の高度な装置データを、理論的予測の実証的基準として用いる。
• 極端な条件下での各重力理論の妥当性を評価するため、相対論的天体物理学的モデルの適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRTとFGTは、共通の古典的予測を持つにもかかわらず、相対論的天体物理学系においてどのような観測可能な差異を生じるか？
• RQ2 LIGO-Virgoによる重力波検出が、幾何的理論と非計量的理論の重力理論を区別するための重要なテストとしてどのように機能するか？
• RQ3 イベントホライズン望遠鏡による活動銀河核の観測が、GRTとFGTの予測をどの程度まで区別できるか？
• RQ4 今後の相対論的天体物理学的観測が、基本的物理相互作用の統一を進める上で果たす役割は何か？

主な発見

• GRTとFGTは、共通の古典的相対論的効果を示すにもかかわらず、相対論的天体物理学において著しく異なる効果を予測する。
• 高度なLIGO-Virgoアンテナによる重力波検出は、両理論を区別するための重要な観測的テストであると特定された。
• 活動銀河核のイベントホライズン望遠鏡観測は、重力相互作用の性質を調べるもう一つの主要な実証的テストを提供する。
• 近い将来の高精度な天体物理学的データが、幾何的理論と場理論的扱いの重力理論の根本的差異を解明する可能性がある。
• 理論的枠組みと観測データの一致が、基本的物理相互作用の統一に向けた新たな道筋を開く可能性がある。