[論文レビュー] Gravity and the quantum vacuum inertia hypothesis. 1. Formalized groundwork for extension to gravity

Alfonso Rueda, B. M. Haisch+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2001

Relativity and Gravitational Theory参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、慣性が基本粒子が電磁的量子真空と相互作用することによって生じる、特に加速系における相対論的放射圧効果であるリンドラー・フラックス（Rindler flux）によって生じると提案する。この量子真空慣性メカニズムが、慣性質量と重力質量の等価性を自然に再現できることを示すことにより、一般相対性理論における弱い等価原理の物理的根拠を提供する。

ABSTRACT

It has been shown [1,2] that the electromagnetic quantum vacuum makes a contribution to the inertial mass, $m_i$, in the sense that at least part of the inertial force of opposition to acceleration, or inertia reaction force, springs from the electromagnetic quantum vacuum. As experienced in a Rindler constant acceleration frame the electromagnetic quantum vacuum mainfests an energy-momentum flux which we call the Rindler flux (RF). The RF, and its relative, Unruh-Davies radiation, both stem from event-horizon effects in accelerating reference frames. The force of radiation pressure produced by the RF proves to be proportional to the acceleration of the reference frame, which leads to the hypothesis that at least part of the inertia of an object should be due to the interaction of its quarks and electrons with the RF. We demonstrate that this quantum vacuum inertia hypothesis is consistent with general relativity (GR) and that it answers a fundamental question left open within GR, viz. is there a physical mechanism that generates the reaction force known as weight when a specific non-geodesic motion is imposed on an object? The quantum vacuum inertia hypothesis provides such a mechanism, since by assuming the Einstein principle of local Lorentz-invariance (LLI), we can immediately show that the same RF arises due to curved spacetime geometry as for acceleration in flat spactime. Thus the previously derived expression for the inertial mass contribution from the electromagnetic quantum vacuum field is exactly equal to the corresponding contribution to the gravitational mass, $m_g$. Therefore, within the electromagnetic quantum vacuum viewpoint proposed in [1,2], the Newtonian weak equivalence principle, $m_i=m_g$, ensues in a straightforward manner.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論における幾何的仮定を超えた慣性の物理的メカニズムを確立すること。
• 物体が測地的運動でない状態に保たれた際に生じる反作用力（重量）を生成する要因が何かという未解決の問いを解消すること。
• 量子真空が慣性質量に寄与する割合と重力質量に寄与する割合が等しいことを示し、弱い等価原理を正当化すること。

提案手法

• 加速系におけるエネルギー運動量フラックスとしてリンドラー・フラックス（RF）を形式化すること。
• アインシュタインの局所ローレンツ不変性の原理を適用し、RFを平坦時空から曲がった時空へと拡張すること。
• RFから放射圧力の力を導出し、それが加速度に比例することを示すこと。
• RFを用いて、量子真空との相互作用によって生じる慣性反作用力としてのモデルを構築すること。
• 同一の物理的仮定のもとで、量子真空が慣性質量に与える寄与と重力質量に与える寄与を比較すること。
• これらの寄与が等しいことから、弱い等価原理が直接的に導かれるという証明

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物体が時空内で測地的経路を進まないよう制限された際に、その反作用力（重量）を生成する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 電磁的量子真空は、加速系においてどのように慣性の起源に寄与するか？
• RQ3 慣性質量と重力質量の等価性は、幾何的仮定ではなく、量子真空に基づくメカニズムから導けるか？
• RQ4 重力による曲がった時空において、加速系におけるリンドラー・フラックスに相当するものがあるか？
• RQ5 量子真空が慣性に果たす役割は、一般相対性理論の原則と整合するか？

主な発見

• 加速系における事象の地平線効果に起因するリンドラー・フラックスは、加速度に比例する放射圧力の力を生じる。
• この力は、慣性反作用力の物理的起源を提供し、慣性を量子真空との相互作用として説明可能である。
• 局所ローレンツ不変性の仮定のもとでは、平坦時空と曲がった時空の両方で同じリンドラー・フラックスが生じ、加速度と重力が結びつく。
• 電磁的量子真空が慣性質量に与える寄与は、重力質量に与える寄与と正確に等しい。
• これらの寄与が等しいことから、追加の仮定なしにニュートン的弱い等価原理 $ m_i = m_g $ が直接導かれる。
• 量子真空慣性仮説は一般相対性理論と完全に整合しており、測地的でない運動における説明不能な反作用力のメカニズムを提供する。