[論文レビュー] Gravitation, the 'Dark Matter' Effect and the Fine Structure Constant

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Jan 11, 2004

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ニュートン重力の一般化として、微細構造定数 α ≈ 1/137 を新たな次元なし定数として導入することで、流体的流れ形式の重力理論を提案する。この理論は、ダークマターを仮定せずに、ボアホール g 異常、平坦なスパイラル銀河の回転曲線、G 測定における乖離を説明する。また、球状銀河団内のブラックホール質量を予測し、古典的レベルで重力と量子効果を結びつける根本的パrameter として α を特定する。

ABSTRACT

Gravitational anomalies such as the mine/borehole g anomaly, the near-flatness of the spiral galaxy rotation-velocity curves, currently interpreted as a `dark matter' effect, the absence of that effect in ordinary elliptical galaxies, and the ongoing problems in accurately determining Newton's gravitational constant G_N are explained by a generalisation of the Newtonian theory of gravity to a fluid-flow formalism with one new dimensionless constant. By analysing the borehole data this constant is shown to be the fine structure constant alpha=1/137. The spiral galaxy `dark matter' effect and the globular cluster `black hole' masses are then correctly predicted. This formalism also explains the cause of the long-standing uncertainties in G_N and leads to the introduction of a fundamental gravitational constant G not = G_N with value G=(6.6526 +/- 0.013)x 10^-11 m^3s^{-2}kg^{-1}. The occurrence of alpha implies that space has a quantum structure, and we have the first evidence of quantum gravity effects.

研究の動機と目的

• ボアホール g 異常、平坦なスパイラル銀河の回転曲線、ニュートンの万有引力定数 G における一貫性のない測定といった長年の重力的異常を解消すること。
• 非相対論的極限におけるニュートン重力の普遍性に疑問を呈し、非球対称または内部質量配置ではその不成立を示すこと。
• 微細構造定数 α が量子電磁力学のパrameter にとどまらず、古典的重力現象を支配する根本的定数であることを示すこと。
• 実験室におけるキャベンディッシュ型実験が、実際には量子重力実験であり、系のずれを通じて α を明らかにすることを示唆すること。
• α が重力と原子物理学の背後にある深層的なランダムプロセスを支配することを示し、重力と量子理論を統合すること。

提案手法

• 古典的速度場を用いた流体流入形式にニュートン重力を再定式化し、新たな次元なし定数 α を導入すること。
• ボアホール重力データを分析し、新たに導入された定数が微細構造定数 α ≈ 1/137 に一致することを経験的に特定すること。
• 流入形式から重力の法則を導出し、特殊な条件下でのみニュートンの逆二乗法則に還元されることを示すこと。
• 理論を用いて球状銀河団 M15 および G1 の中心部の「ブラックホール」質量を予測し、観測データと一致させること。
• 空間の量子泡沫構造における不均一性と時間変動が重力を生じるとし、「流れ」を量子泡沫パターンの相対的再配置として記述すること。
• 理論が一般相対性理論の既知の全テストと整合することを確立。これは、外部シュバルツシルト計量に依存するが、非球対称または内部構成では異常が生じるため。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークマターを仮定せず、修正された古典的重力理論を用いてボアホール g 異常を説明できるか？
• RQ2 なぜスパイラル銀河の回転曲線は平坦に保たれるが、楕円銀河ではその効果が現れないのか？これは単一の重力機構で説明可能か？
• RQ3 なぜニュートンの万有引力定数 G の測定値は、数十年にわたる実験で一貫して説明不能な乖離を示すのか？
• RQ4 微細構造定数 α は真に重力に根本的であるのか？また、それが古典的重力において、内在的ランダムネスの尺度として現れるのか？
• RQ5 キャベンディッシュ型の実験のような実験室の重力実験は、量子重力のプローブとして再解釈可能か？系のずれを通じて α が明らかになるのか？

主な発見

• ボアホール重力異常のデータから、新たな重力定数が微細構造定数 α ≈ 1/137.036 であると示唆される。
• 理論はダークマターを必要とせず、観測された平坦なスパイラル銀河の回転曲線を正しく予測する。
• 理論は球状銀河団 M15 および G1 の中心部の「ブラックホール」質量を予測し、最近の観測推定値と一致する。
• G 測定における観測された乖離は、α/4 に比例する系の誤差として説明され、新たな重力ダイナミクスに起因する。
• 理論はニュートン重力が特殊な条件下でのみ有効であることを示し、具体的には、大きな球対称質量の外側に小さなテスト質量がある場合に限る。
• 微細構造定数 α は重力的異常を支配する普遍的パラメータとして特定され、古典的レベルで重力と量子ランダムネスの深い関係を示唆する。