[論文レビュー] No GW is emitted by B PSR1913+16

A. Loinger|ArXiv.org|Feb 16, 2005

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、一般相対性理論（GR）の正確で非線形な定式化によれば、二重パルサー PSR B1913+16 は重力波（GW）を放出しないと主張する。点質量の軌道運動は放射を伴わない測地線（自由）軌道に従うためである。観測された軌道の崩壊は、重力波放射とは異なるメカニズム、例えば中性子星でない伴星における粘性損失に起因するとされる。これは、重力波放射が周期の減少を引き起こすという広く受け入れられている解釈に挑戦するものである。

ABSTRACT

In the exact (non-linear) formulation of general relativity (GR) no motion of bodies can give origin to gravitational waves (GW's) - as it has been proved. Accordingly, the measured rate of change of the orbital period of binary pulsar B PSR1913+16 must have other causes, different from the emission of GW's; maybe the viscous losses of the unseen pulsar companion, if it were e.g. a helium star.

研究の動機と目的

• PSR B1913+16 の観測された軌道的崩壊が重力波放射によるものであるという広く受け入れられた解釈に反論すること。
• 正確で非線形な一般相対性理論（GR）の定式化では、重力的に結合した二点質量から重力波が放射されないことを主張すること。
• 線形化された GR とそのマクスウェル＝ローレンツ電磁力学との誤った類似性が、重力波の物理的実在性を正当化するために用いられているのを批判すること。
• 非中性子星伴星（例えばヘリウム星）における粘性散逸が、重力波を仮定しなくても観測された周期の減少を説明できると提唱すること。
• GR の予測と観測結果の一致が、その背後にある仮定の概念的・物理的妥当性を保証するものではないことを強調すること。

提案手法

• ヒューゴ・ヴァイエルの定理を用いて、GR において、PSR B1913+16 の両星が静止している座標系を常に選べることを示し、その座標系では重力波が放射されないことを示す。
• 一般共変性の原理を適用し、どの観測者にも放射場に対する特権的なアクセスがないことを主張する。つまり、ある観測者が重力波を検出しないならば、すべての観測者が重力波を検出できない。
• GR の線形化近似を分析し、放射項が座標依存であるため、物理的重力波の存在を証明する基盤として不適切であることを示す。
• GR の高次摂動展開において、座標変換によって放射項を消去できることを示し、重力波がゲージの自由度の産物にすぎず、物理的実体ではないことを証明する。
• 線形化された GR とマクスウェル＝ローレンツ電磁力学との形式的類似性を対比し、重力波が正確な GR において不変な物理的意味を持たないため、この類似性は誤解を招くと指摘する。
• Peters と Mathews の公式による軌道崩壊率の評価を行い、その物理的根拠を疑問視する。重力波が実在しないならば、エネルギー損失は非放射的メカニズムによるものでなければならない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正確で非線形な一般相対性理論（GR）は、二点質量の二重系において重力波放射を許容するか？
• RQ2 PSR B1913+16 の観測された軌道的崩壊は、重力波放射を仮定せずに説明可能か？
• RQ3 線形化された GR は、重力波の物理的実在性を確立するのに十分か？
• RQ4 摂動的 GR における重力波の存在の表面的現れに、座標依存性が果たす役割は何か？
• RQ5 非中性子星伴星における粘性損失は、重力波放射に帰属される効果を模倣できるか？

主な発見

• 正確な一般相対性理論（GR）では、重力的に結合した二点質量から重力波が放射されない。なぜなら、それらの運動は測地線（自由）軌道に従うからである。
• 両星が静止している座標系では、重力波は放射されず、一般共変性のため、この系においてはいかなる観測者も放射を検出できない。
• 線形化された GR は、重力波の物理的実在の定理を確立できない。なぜなら、放射項はゲージ依存であり、座標変換によって消去可能だからである。
• マクスウェル＝ローレンツ電磁力学と線形化された GR の類似性は根本的に誤りである。なぜなら、正確な GR において重力波は不変な物理的意味を持たないからである。
• 非中性子星伴星（例えばヘリウム星）における粘性散逸は、重力波放射によって予測されるのと同程度の軌道的崩壊を生じさせることができ、物理的代替説明として妥当である。
• 観測された軌道的崩壊率と理論的予測との一致は、重力波放射の証拠とは限らない。これは、系統的誤差や代替物理的メカニズムに起因する可能性がある。