[論文レビュー] Relativity Theory and a Real Pioneer Effect

Peter Ostermann|ArXiv.org|Dec 1, 2002

History and Developments in Astronomy被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、原子時刻とエフェマリス時刻の差異が、相対論的効果としての非標準的パイオニア異常（パイオニア10/11探査機の見かけ上の異常加速度）を生じる可能性があるかどうかを調査している。結論として、そのような差異が実在するならば、一般相対性理論の原則と太陽系の観測結果と矛盾することになり、一般相対性理論の枠組み内でパイオニア効果の非標準的起源を排除する。

ABSTRACT

Keeping the relativistic laws of motion a non-conventional Pioneer effect would prove an increase of the scale rate of atomic clocks in comparison with planetary ones. Together with a slowly decreasing amount of about 60% due to anisotropic radiation this would be a thinkable explanation for an apparent anomalous acceleration of the Pioneer 10/11 probes. Such a difference between atomic time and ephemeris time, however, (coincidentally corresponding to that of atomic time and cosmic time as derived from any cosmological model of general relativity, where the cosmic 'coordinate' speed of light is fixed to be c* = c) is ruled out by solar system's observational facts. Thus a non-conventional Pioneer effect would inevitably contradict relativity theory.

研究の動機と目的

• 原子時刻とエフェマリス時刻の差が非標準的パイオニア効果の原因となり得るかどうかを評価すること。
• そのような時刻の差が一般相対性理論および太陽系の観測行動と整合するかどうかを評価すること。
• パイオニア10/11探査機の観測された異常加速度が、原子時計の相対的スケールレート変化によって説明可能かどうかを特定すること。
• ハッブルシフトや宇宙論的モデルが、このような非標準的効果を支持するかどうかを検討すること。
• 一般相対性理論の枠組み内で、実在の非標準的パイオニア効果の可能性を排除すること。

提案手法

• 太陽系における時計の精度に及ぼす相対論的運動法則とその影響を分析する。
• 原子時刻（原子時計に基づく）とエフェマリス時刻（惑星の公軌道力学に基づく）を比較する。
• 非等方的放射が宇宙船の時計の進み方に与える影響を評価し、見かけ上の加速度に約60％の寄与があると推定する。
• 座標光速がc* = cに固定されている宇宙論的モデルにおいて、時刻差仮説が整合的かどうかを評価する。
• 太陽系からの観測的制約を用いて、非標準的時刻差効果の妥当性を検証する。
• 論理的および理論的推論を適用し、そのような時刻差が、確立された相対論的および観測的事実と矛盾することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原子時刻とエフェマリス時刻の差が、パイオニア10/11探査機の観測された異常加速度を説明できるか？
• RQ2 非標準的パイオニア効果は、一般相対性理論の原則および太陽系の観測された挙動と整合可能か？
• RQ3 非等方的放射の効果を含めると、見かけ上の加速度の大部分を説明できるか？また、相対性理論と調和するか？
• RQ4 ハッブルシフトや宇宙論的モデルが、実在の非標準的パイオニア効果を支持するか？
• RQ5 原子時刻とエフェマリス時刻の間の時刻差効果は、一般相対性理論における固定座標光速c* = cと整合的か？

主な発見

• 原子時刻とエフェマリス時刻の差が原因となる非標準的パイオニア効果は、一般相対性理論の原則に矛盾する。
• 原子時刻とエフェマリス時刻の差が実在するならば、太陽系の観測データと整合しない。
• 非等方的放射が見かけ上の異常加速度に約60％寄与しているが、相対性理論に反しない範囲では、これだけでは全効果を説明できない。
• 原子時計の惑星時刻に対するスケールレート変化の仮説は、既存の相対論的および観測的制約によって除外される。
• ハッブルシフトおよび宇宙論的モデルは、非標準的パイオニア効果を支持せず、座標光速c* = cが固定されていることと矛盾する。
• 本論文は、一般相対性理論の枠組み内で、パイオニア異常の妥当な非標準的説明は存在しないと結論づける。