[論文レビュー] Retarded Gravitation Theory: the Gravitational Velocity Effect in Galactic Rotation Curves, and the Flyby Anomaly

C. K. Raju|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2011

Relativity and Gravitational Theory被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、質量の遅延位置および速度に依存するローレンツ共変な遅延重力理論（RGT）を提案する。重力は遅延された位置と速度に依存し、時間非対称な運動方程式を生じる。飛行機飛行異常は、地球の自転に起因するv/c効果として説明され、銀河の回転曲線は共回転する星の速度ドラッグに起因するとされ、ダークマターを必要としない非ニュートン的力学の説明を提供する。

ABSTRACT

We propose a Lorentz-covariant theory of gravity, and explain its theoretical origins in the problem of time in Newtonian physics. In this retarded gravitation theory (RGT), the gravitational force depends upon both retarded position and velocity, and the equations of motion are time-asymmetric retarded functional differential equations. We explicitly solve these equations, under simplifying assumptions, for various NASA spacecraft. This shows that the differences from Newtonian gravity, though tiny within the solar system, are just appropriate to explain the flyby anomaly as a v/c effect due to earth's rotation. The differences can, however, be large in the case of a spiral galaxy, and we show that the combined velocity drag from a large number of co-rotating stars enormously speeds up a test particle. Thus, the non-Newtonian behaviour of rotation curves in a spiral galaxy may be explained as being due to velocity drag rather than dark matter. RGT can also be tested in the laboratory. It necessitates a reappraisal of current laboratory methods of determining the Newtonian gravitational constant G. Since RGT makes no speculative assumptions, its refutation would have serious implications across physics.

研究の動機と目的

• 時間の問題に関連するニュートン的重力の不整合を解消するため、相対論的で遅延的な重力理論を構築すること。
• 深宇宙探査機の飛行における未解明のドップラーシフト（飛行機飛行異常）を、地球の自転速度が重力的力に調制することに起因するものとして説明すること。
• ダークマターを導入することなく、共回転する星からの速度ドラッグをモデル化することで、渦巻銀河の平坦な回転曲線を説明すること。
• RGTが、定数ではなく速度に依存する重力効果を測定している可能性があることから、現在のGの測定手法が根本的に誤っている可能性を指摘すること。
• 特許のない仮説を用いず、確立された物理的原則に裏付けられた、ダークマターおよび標準重力の検証可能な代替理論を提供すること。

提案手法

• 遅延ポテンシャルに基づくローレンツ共変な重力理論を構築し、重力的力が源の遅延時刻における位置と速度に依存することを定式化する。
• 遅延位置および速度効果を組み込んだ時間非対称な関数微分方程式の運動方程式を導出する。
• 特に地球の回転フレーム付近の宇宙船軌道に対して、簡略化された仮定の下でこれらの式を解く。
• 渦巻銀河内の共回転星の集団的重力的影響を、テスト粒子に対する速度ドラッグ力としてモデル化する。
• RGTの予測を観測された飛行機飛行データおよび銀河の回転曲線と比較し、整合性を評価する。
• Gの実験的測定を再評価し、ニュートン的モデルが考慮しない速度に依存する重力的補正を含む可能性があると提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深宇宙探査機の飛行機飛行異常は、遅延重力フレームワーク内において、地球の自転に起因する速度に依存する重力的力によって説明可能か？
• RQ2 渦巻銀河内の共回転星からの合計速度ドラッグが、ダークマターを必要とせず、平坦な回転曲線を説明するのに十分な加速度を生じるか？
• RQ3 重力に遅延位置および速度を組み込むと、特に弱い場、低速運動の状況において、ニュートン的重力と比較して運動方程式にどのように変化が生じるか？
• RQ4 現在の重力定数Gの測定手法が、RGTが予測する速度に依存する重力的効果をどれほど無視しているか？
• RQ5 時間非対称的かつ遅延的な重力理論が、基礎的物理学に与える影響は何か。特に、この理論が銀河的モデルにおけるダークマターの代替として機能できる可能性を踏まえて。

主な発見

• 飛行機飛行異常は、重力の伝播速度の有限性に起因する遅延により生じるv/c効果として説明可能である。
• 渦巻銀河では、共回転する星からの累積的ドライブが、観測された平坦な回転曲線を模倣するようなネット加速を生じる。
• 理論は太陽系内ではニュートン的重力からのずれが微小であるが、大規模で回転する系では顕著になると予測する。
• Gの実験的測定は、インスタントグラビティを仮定しているため、RGTに内在する速度に依存する補正を無視しており、系統的なバイアスが生じる可能性がある。
• 理論は反証可能であり、もし否定された場合、重力および相対性理論の基礎的原則の再評価が不可避となる。
• RGTは、遅延重力フレームワーク内での集団的速度効果に起因する、明確で特許のないダークマターの代替を提供する。