[論文レビュー] Refraction-Based Alternative Explanation for: Bending of Light Near a Star, Gravitational Red/Blue Shift and Black-Hole

R. C. Gupta, Anirudh Pradhan+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2010

Relativity and Gravitational Theory参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、星の周囲における光の屈折、重力赤方偏移、ブラックホールの説明のため、一般相対性理論とは異なる屈折に基づく代替理論を提案している。この理論は、これらの現象を時空の曲がりではなく、星の大気にて光が遅くなることと屈曲することに起因するとする。モデルは周波数依存の屈曲と色収差を予測し、一般相対性理論とは区別可能なテスト可能な差異を提供する。

ABSTRACT

In this research-paper, many of the general-relativity-tests such as bending of light near a star and gravitational red/blue shift are explained without general-relativity & even without Newtonian-approach. The authors first raise questions on the validity of both, the Newtonian and the relativistic approach; and then propose a novel alternative-explanation. The new alternative explanation is based on refraction-phenomenon of optics. Estimation of results with new approach are in agreement with known values. Though physics is different, but it is argued that general-relativity based gravitational-bending and refraction based bending have more in common than is generally realized. Also discussed are black-hole and gravitational-lensing in the new perspective of refraction. The new refraction-based theory makes a few new predictions and also suggests a few tests.

研究の動機と目的

• 星の周囲における光の屈曲について、ニュートン理論および一般相対性理論の説明の妥当性に疑問を呈すること。
• 時空の曲がりや光子の重力的質量に依存しない、星の大気における光学的屈折に基づく新しい説明を提唱すること。
• 重力赤方偏移およびブラックホールの形成を、光の速度が密度の高い媒質で変化することに起因する光学的現象として再解釈すること。
• 屈折に基づく屈曲（周波数依存）と一般相対性理論の周波数非依存の屈曲との区別が可能な新しいテストを提案すること。
• 屈折に基づく視点から、重力レンズ効果、ブラックホール、時空の概念を再評価すること。

提案手法

• 星の周囲での光の屈曲を、密度勾配を持つ球対称の大気中での屈折としてモデル化し、屈折率の勾配を考慮する。
• 標準的な光学的屈折則（スネルの法則）を用いて、光が密度の高い領域で遅くなると仮定し、大気中での光線の経路を計算する。
• 位相速度の低下に起因する波長の変化によって重力赤方偏移を導出し、周波数は一定と仮定する。
• 屈折率が2を超えると、球対称な媒質内で全内反射によって光が閉じ込められることから、ブラックホールが同様に形成されると提案する。
• 大気中の屈折率プロファイルに不確実性があるため、半経験的手法を採用し、既知の光学的原理を用いて屈曲角を推定する。
• 周波数依存性の観点から、一般相対性理論およびニュートン力学と予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の周囲における光の屈曲は、時空の曲がりや光子の重力的質量を仮定せずに説明可能か？
• RQ2 重力赤方偏移は、相対論的ドップラー効果ではなく、媒質に起因する速度低下に起因する波長の変化としてより適切に理解できるか？
• RQ3 屈折に基づくモデルは、一般相対性理論とは異なり、周波数依存の屈曲を予測するか？
• RQ4 重力レンズ効果における色収差が、屈折モデルの特徴的な兆候として観測可能か？
• RQ5 屈折率が≥2の巨視的物体が、全内反射によって光を閉じ込めることでブラックホールと同様の挙動を示せるか？

主な発見

• 屈折に基づくモデルは、一般相対性理論を必要とせず、太陽周辺での観測された光の屈曲を既知の値と整合する結果で再現できる。
• モデルは、高い周波数の光（例：青/X線）が低い周波数の光（例：赤/電波）よりもより大きく屈曲すると予測する。これは一般相対性理論とは顕著な差異である。
• 重力赤方偏移は、周波数の変化ではなく、密度の高い媒質内での位相速度の低下に起因する波長のシフトとして再解釈される。
• モデルは、屈折率が≥2の球対称な屈折体としてブラックホールを同様にモデル化でき、全内反射によって光を閉じ込められると示唆する。
• 地上および宇宙におけるレンズ効果で周波数依存の屈曲や色収差が観測された場合、それは屈折モデルを支持する証拠となる。
• 太陽のプラズマリムの上層付近のような近い真空領域では光の屈曲が観測されないことは、屈折モデルと整合的である。なぜなら、屈曲を引き起こす媒質が存在しないからである。