[論文レビュー] Hypothetical Gravity Control and Implications for Spacecraft Propulsion

Orfeu Bertolami, Martin Tajmar|ArXiv.org|Jul 31, 2002

Planetary Science and Exploration参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、宇宙船推進のための仮説的重力制御を批判的に評価し、修正重力、重力磁気的効果、真空工学などの提案されたメカニズムを分析している。結論として、重力の操作による利得はわずかにしか得られず、特異な推進の実現は不可能であり、弱い等価原理（WEP）は強く支持されており、現在の物理学によって大多数の奇妙なスキームは除外されている。

ABSTRACT

A scientific analysis of the conditions under which gravity could be controlled and the implications that an hypothetical manipulation of gravity would have for known schemes of space propulsion have been the scope of a recent study carried out for the European Space Agency. The underlying fundamental physical principles of known theories of gravity were analysed and shown that even if gravity could be modified it would bring somewhat modest gains in terms of launching of spacecraft and no breakthrough for space propulsion.

研究の動機と目的

• 欧州宇宙機関（ESA）が要請した、高度な宇宙船推進のための重力制御の科学的妥当性を評価すること。
• 負の質量、ワープドライブ、真空工学を含む、仮説的な重力操作に関する既存の文献を批判的にレビューすること。
• 現在の物理理論と実験的制約に基づいて、実現可能な研究分野を特定すること。
• 特に等価原理の破れと重力磁気的効果に関連する、基礎物理学分野における将来的なESA資金支援研究を推奨すること。
• Pioneer 10/11の異常加速度を評価し、その確認のための専用ミッション（Sputnik 5）を提案すること。

提案手法

• 一般相対性理論、アインシュタインの等価原理（EEP）およびその構成要素（弱い等価原理（WEP）、局所ローレンツ不変性、局所位置不変性）の包括的レビューを実施した。
• 質量のあるボソンによる新しい相互作用の可能性を検討し、10−4 mから1013 mの範囲における実験データからの制約を分析した。
• 重力シールド効果、回転する量子材料における重力磁気的増幅、および異常な重量減少効果に関する主張を評価した。
• 真空工学および基本的相互作用の強さの変更の理論的・実験的妥当性を検討した。
• 重力の変更が宇宙船のΔv要件に与える影響を、慣性質量と重力質量の効果の違いに着目してモデル化した。
• 具体的な実験を提案：国際宇宙ステーション（ISS）での反粒子および荷電粒子を用いたWEP実験、および高精度時計比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい基本的相互作用によって重力を制御できるか。現在の実験がどのような制約を課すか。
• RQ2 弱い等価原理（WEP）の破れが重力制御を可能にする程度はどの程度か。また、ストリング理論における予測されるWEPの破れはどの程度小さいか。
• RQ3 日食中や回転する量子材料における重力シールド効果に関する主張は、実験的に妥当か。
• RQ4 宇宙船の重力質量または慣性質量を変更することで、どの程度の推進利得が得られるか。
• RQ5 Pioneer 10/11の異常加速度は、正確なエネルギーおよび推進履歴の追跡が可能な専用ミッションによって確認できるか。

主な発見

• 弱い等価原理（WEP）は5×10^13の精度で成立しており、これにより大多数の実用的重力制御スキームは除外される。
• 特定のストリング理論モデルにおけるWEPの破れ予測は、10^18分の1のオーダーであり、いかなる現実的な重力操作を可能にするには小さすぎる。
• 10−4 mから10^13 mの範囲における新しい相互作用は実験的制約によって除外されているが、サブミリメートルスケールの相互作用は理論的に可能である。
• 量子材料における重力磁気的効果は、展開ブームやトロイドといった従来のシステムと比較して、無視できるほどの推力しか発生しない。
• 重力制御による利得は、地球静止軌道への投入において重力質量の95％以上のシールドが可能な場合にのみ、顕著な効果を示す。
• Pioneerの異常加速度の確認のため、詳細な追跡とエネルギー履歴再構築が可能な専用ミッション（Sputnik 5）を推奨する。