[論文レビュー] On the LIGO-VIRGO search of coalescing-binary signals

A. Loinger, Tiziana Marsico|arXiv (Cornell University)|May 13, 2012

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 18被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LIGO-Virgoの探索で用いられているポストニュートン近似および数値相対性理論モデルが座標系に依存しており、物理的波動伝播と数学的に整合しないと主張し、合体する二重星系からの重力波の存在を疑問視している。重力波は物理的に存在せず、アインシュタイン方程式におけるエネルギー運動量のバランスがネットエネルギー移動を不可能にしているため、重力波は座標選択の単なる数学的便宜であると結論づけている。

ABSTRACT

No signal of the arrive of gravitational waves has been recorded by LIGO-VIRGO laser-interferometric detectors during recent science runs. We give a theoretical explanation of this fact.

研究の動機と目的

• LIGO-VirgoのS6およびVSR2走査で重力波信号が検出されなかったのは感度の問題ではなく、重力波の物理的存在的の根本的理論的失敗によるものであると説明すること。
• LIGO-Virgoで用いられているポストニュートン近似およびテンプレートベース探索手法が座標系に依存しており、物理的に整合しないと批判すること。
• エネルギー運動量擬テンソルと重力場方程式が、ネットエネルギー移動をもたらさないことを示し、物理的重力放射を排除すること。
• 二重パルサーの軌道減衰の解釈を再評価し、重力波放射ではなく降着によるものである可能性を提起すること。
• クントのマグネタールへの降着によるガンマ線バーストの代替モデルを提唱し、標準的な重力波駆動型合体メカニズムを拒否すること。

提案手法

• 調和座標系におけるポストニュートン近似を適用し、源項 $ \tau^{\mu\nu} $ を含む $ h^\nu\beta $ の場の方程式を用いる。重力エネルギー運動量の表現として擬テンソル $ A^{\mu\nu} $ を含める。
• アインシュタイン場の方程式 $ R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R = \kappa T_{\mu\nu} $ の形で解析し、両辺の共変発散がゼロであることを強調することで、エネルギー移動がないことを示す。
• アインシュタイン＝インフェルト＝ホフマン（EIH）摂動法を用い、座標変換によって放射項を除去できることを示し、運動方程式をニュートン的形に回復させることで、重力放射が座標の便宜に由来することを証明する。
• レヴィ＝チビタの定理を適用し、$ T_{\mu\nu} = 0 $ のとき、重力テンソル $ \left[R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R\right]/\kappa $ も消えることから、物理的波の存在が排除されることを示す。
• $ R_{\mu\nu} = 0 $ の振動的解が座標系に依存しており、真のエネルギー運動量がゼロであるため、物理的実在性を欠くと主張する。
• LIGO-Virgoの非検出結果を、物理的重力波の理論的不可能性の確認と解釈し、実験的失敗ではなく理論的失敗であると結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 合体する二重星系からの重力波が、長きにわたる探索にもかかわらずLIGO-Virgoの検出に至らなかったのはなぜか？
• RQ2 重力波が座標系に依存するならば、LIGO-Virgoで用いられているポストニュートン近似およびテンプレートベース探索手法は物理的に正当化できるか？
• RQ3 アインシュタイン場の方程式におけるエネルギー運動量バランスは、物理的重力放射の存在を排除するのか？
• RQ4 PSR B1913+16のような二重パルサーの観測された軌道減衰は、本当に重力波放射によるものなのか、それとも降着プロセスによって説明可能か？
• RQ5 マグネタールへの降着によるクントのガンマ線バーストモデルは、標準的な重力波駆動型合体モデルよりも一貫性がある説明を提供できるか？

主な発見

• LIGO-Virgoにおける重力波検出の不在は、感度不足によるものではなく、アインシュタイン方程式におけるエネルギー運動量バランスによって、重力波が物理的に存在しないことが確認されているためである。
• 物質が存在しない場合に、しばしば重力エネルギー運動量と解釈される擬テンソル $ A^{\mu\nu} $ は消えるため、ネットエネルギーの流れがなく、物理的波が存在しないことを示唆する。
• 座標変換によってEIH展開のすべての放射項を除去でき、運動方程式がニュートン的形に還元されることから、重力放射が座標の便宜に由来することを証明する。
• $ R_{\mu\nu} = 0 $ で $ R_{jklm} \neq 0 $ となる解は座標系に依存しており、真のエネルギー運動量テンソルがゼロであるため、物理的実在性を欠く。
• アインシュタイン場の方程式は物質と重力エネルギーテンソルの完璧なバランスを強制し、これによりいかなるネットエネルギー移動も不可能となり、物理的重力放射が排除される。
• 本論文は、将来の歴史家は重力波、ブラックホール、およびエーテルの存在を信じていたことについて、同じ根本的誤謬、すなわち数学的解を物理的現象と解釈する誤りによって、同様に誤った認識であったと見なすだろうと結論づける。