[논문 리뷰] A Theory of Gravity and General Relativity based on Quantum Electromagnetism

J. X. Zheng-Johansson|arXiv (Cornell University)|2006. 12. 11.

Geophysics and Sensor Technology참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 극성 가진 유전체 진공 내에서 양자 입자 간의 탈분극 방사선(DR) 레이저력에서 유도된 뉴턴의 만유인력 법칙과 일반 상대성 이론의 효과를 포함하는 통합 양자-전자기 이론을 제안한다. 기하학적 곡률이나 가상의 입자 없이 양자 전자기학을 통해 일반 상대성 이론의 네 가지 고전적 검증—근일점 이슬픔, 빛의 굴절, 중력적 적색편이, 샤파이로 시간 지연—을 재현한다.

ABSTRACT

Based on first principles solutions in a unified framework of quantum mechanics and electromagnetism we predict the presence of a universal attractive depolarisation radiation (DR) Lorentz force ($F$) between quantum entities, each being either an IED matter particle or light quantum, in a vacuuonic dielectric vacuum. Given two quantum entities $i=1,2$ of either kind, of characteristic frequencies $ν_i^0$, masses $m_i^0=hν_i^0 / c^2$ and separated at a distance r^0, the solution is $F=- G m_1^0 m_2^0/ (r^0)^2$, where $G= χ_0^2 e^4/12 π^2 ε_0^2 ρ_λ$, $χ_0$ is the susceptibility and $ρ_λ$ is the reduced linear mass density of the dielectric vacuum. This force $F$ is accurate at the weak $F$ limit and resembles in all respects Newton's gravity; hence $G$ is the gravitational constant. The DR wave fields and hence the gravity is propagated in the dielectric vacuum at the speed of light $c$; these can not be shielded by matter. A test particle $μ$ of mass $m^0$ at $r^0$ apart from a large mass $M$ is therefore gravitated by all of the building particles of M directly, by a total gravitational potential $V = -G M m^0/ r^0$. For a finite $V$ and hence a total Hamiltonian $H= m^0 c^2 +V$, solution for the eigenvalue equation of $μ$ presents a red-shift in the eigen frequency $ν= ν^0 (1- GM/r^0 c^2)$ and accordingly other wave variables. The quantum solutions combined with the wave nature of the gravity further lead to dilated gravito optical distance $r=r^0/(1- GM/r^0 c^2) $ and time $t=t^0/(1- GM/r^0 c^2) $, and modified Newton's gravity and Einstein's mass energy relation. Applications of these give predictions of the general relativistic effects manifested in the four classical test experiments of Einstein's general relativity (GR), in direct agreement with the experiments and the predictions given based on GR.

연구 동기 및 목표

• 극성 가진 유전체 진공 내에서 양자 전자기학의 기본 원리로부터 뉴턴의 만유인력 법칙과 일반 상대성 이론의 효과를 유도하는 것.
• 양자역학과 일반 상대성 이론 간 오랫동안 지속된 불일치를 해결하기 위해 중력을 전자기장 역학에 기반시켜야 한다는 것.
• 기하학적이지 않은, 입자와 장 기반의 중력 설명을 제공하여 그라비톤이나 추가 차원과 같은 가상의 입자를 피하는 것.
• 양자 전기역학과 진공 극성에 뿌리를 둔 통합 프레임워크를 사용해 일반 상대성 이론의 네 가지 고전적 검증을 재현하는 것.

제안 방법

• 극성 가진 유전체 진공 내에서 양자 입자(물질 입자 또는 광자) 간에 일반적인 매력적 탈분극 방사선(DR) 레이저력을 유도한다.
• 힘 법칙 $ F = -\mathscr{G}m_1^0 m_2^0 / (r^0)^2 $ 를 사용하며, 여기서 $ \mathscr{G} = \chi_0^2 e^4 / (12\pi^2 \epsilon_0^2 \rho_\lambda) $ 이고, $ \mathscr{G} $ 를 만유인력 상수 $ G $ 와 동일시한다.
• 중력을 속도 $ c $ 로 전파되는 파동장으로 모델링하며, 이는 DR 장으로 구성되며, 차단 불가능하고 상대론적 파동 전파와 일관된다.
• 중력 잠재력 하에서 시험 입자에 대해 양자 해를 적용하여 고유 주파수 $ \nu = \nu^0 (1 - GM/r^0 c^2) $ 의 변화와 수정된 에너지 관계를 도출한다.
• 확대된 중력광학적 거리 $ r = r^0 / (1 - GM/r^0 c^2) $ 와 시간 $ t = t^0 / (1 - GM/r^0 c^2) $ 를 도입하여 뉴턴 및 상대론적 역학을 수정한다.
• 이 프레임워크를 적용해 일반 상대성 이론의 네 가지 고전적 검증을 일관된 양자-전자기 파동 역학으로 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기하학적 곡률 없이 통합된 양자-전자기 프레임워크에서 뉴턴의 만유인력 법칙과 일반 상대성 이론의 효과가 유도될 수 있는가?
• RQ2 양자 입자 간의 탈분극 방사선(DR) 레이저력이 만유인력의 역제곱 법칙과 중력 상수 $ G $ 를 재현할 수 있는가?
• RQ3 중력적 적색편이, 빛의 굴절, 근일점 이슬픔, 샤파이로 시간 지연이 극성 가진 진공 내에서의 양자 전자기 파동 역학으로 유도될 수 있는가?
• RQ4 이 프레임워크에서 양자역학적 고유 상태와 파동 변수는 중력 잠재력 하에서 어떻게 변환되는가?
• RQ5 시공간 곡률이나 그라비톤과 같은 가상의 입자를 도입하지 않고도 관측된 일반 상대성 이론의 효과를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 유도된 중력 힘 $ F = -\mathscr{G}m_1^0 m_2^0 / (r^0)^2 $ 는 뉴턴의 법칙과 정확히 일치하며, $ \mathscr{G} $ 는 진공의 분극율과 질량 밀도로부터 유도된 만유인력 상수 $ G $ 와 동일시된다.
• 이 이론은 수성의 근일점 이슬픔을 $ 43.1 \, \text{arcsec/century} $ 로 예측하여 일반 상대성 이론과 관측 결과와 정확히 일치시킨다.
• 태양에 의한 빛의 굴절은 $ \alpha_b = 4GM/(Rc^2) = 1.75 \, \text{arcsec} $ 로 예측되며, 1919년 에딩턴 실험과 일반 상대성 이론과 일치한다.
• 태양 근처를 통과하는 레이더 신호의 샤파이로 시간 지연은 $ 247 \, \mu\text{s} $ 로 계산되며, 측정된 값인 $ 250 \, \mu\text{s} $ 와 매우 유사하다.
• 중력적 적색편이는 고유 주파수 이격 $ \nu = \nu^0 (1 - GM/r^0 c^2) $ 로부터 도출되었으며, 파운드-레브카 실험과 일치한다.
• 이 이론은 확대된 중력광학적 거리와 시간을 예측하여 뉴턴 및 상대론적 역학을 수정하면서도 일반 상대성 이론의 네 가지 고전적 검증과의 일관성을 유지한다.