[論文レビュー] Radiation from a Uniformly Accelerated Charge and the Equivalence Principle

Stephen Parrott|ArXiv.org|Mar 20, 1993

Relativity and Gravitational Theory参考文献 12被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、静的な重力場に静止する電荷と、平坦な時空における加速電荷を、純粋に局所的な実験によって区別できることを主張している。これは、電磁力学における等価原理の従来の解釈に挑戦するものである。主な結果は、放射エネルギーの放出——具体的には電磁放射の有無または無し——が局所的に検出可能であるということであり、これは、加速と重力が電荷に対して物理的に区別できないという考えに反する。これは、先行研究におけるエネルギーの誤識別に起因する。

ABSTRACT

We argue that purely local experiments can distinguish a stationary charged particle in a static gravitational field from an accelerated particle in (gravity-free) Minkowski space. Some common arguments to the contrary are analyzed and found to rest on a misidentification of ``energy''.

研究の動機と目的

• 一様に加速する電荷が電磁波を放射するかどうかという長年のパラドックスを解消すること。
• 電磁放射の文脈において、等価原理が電荷を対象として適用可能かどうかを検討すること。
• 局所的に放射を検出できないという主張をした先行文献における誤解を明確にすること。
• 局所的測定が、重力場に静止する電荷と一様に加速する電荷を区別できることを示すこと。
• 加速フレームで放射が観測不能であるという結論に至った過去の議論におけるエネルギーの誤識別を是正すること。

提案手法

• LAD（ローレンツ＝ディラック）方程式と遅延ポテンシャルを用いて、一様に加速する電荷の電磁場を分析する。
• 局所慣性系において等価原理を適用し、重力場に静止する電荷と平坦時空における加速電荷を比較する。
• エネルギーフラックスの詳細な計算を用いて放射放出を評価する。
• 両者の状況における電磁場テンソルおよびその不変量の振る舞いを検討する。
• エネルギー運動量保存則と非慣性系におけるエネルギーの定義の役割を検討する。
• 加速フレームで放射が観測不能であると主張する先行議論をレビューし、批判する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的実験は、静的な重力場に静止する電荷と、平坦時空における一様に加速する電荷を区別できるか？
• RQ2 一様に加速する電荷は電磁放射を放出するのか？ もし放出するなら、それが局所的に検出可能か？
• RQ3 一部の議論が、加速電荷からの放射が観測できないと主張する理由は何か？ その議論における欠陥は何か？
• RQ4 放射が関与する場合、等価原理は電荷に対してどのように適用されるか？
• RQ5 非慣性系における正しいエネルギーの識別は何か？ それは放射の検出にどのように影響するか？

主な発見

• 遠方領域における非ゼロのポインティングベクトルとエネルギーフラックスにより、一様に加速する電荷は電磁放射を放出することが確認された。
• 局所的実験により、重力場に静止する電荷と平坦時空における加速電荷を区別でき、これは等価原理の単純な適用に反する。
• 過去の議論が加速フレームで放射を検出できなかった理由は、エネルギーの誤識別に起因しており、特に共変でないエネルギー定義の使用が原因である。
• 放射場は観測者に依存するが、エネルギーフラックスや場の不変量を介して、局所的測定フレームで検出可能である。
• 放射の検出には非局所的性質があるため、等価原理は電荷の電磁放射の文脈では成立しないことが分析で示された。
• 付録4は、その後の研究が、加速フレームで放射が物理的に観測可能であるという結論を支持していることを確認しており、本論文の主張を強化している。