[논문 리뷰] No GW is emitted by B PSR1913+16

A. Loinger|ArXiv.org|2005. 02. 16.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 11인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론(그리고 정확한 비선형 표현법)에 따르면 이진 펄서 PSR B1913+16는 중력파(GW)를 방출하지 않는다고 주장한다. 궤도 운동은 점질량이 복사 없이 자유 궤도(지오데식)를 따르기 때문이다. 관측된 궤도 감쇠는 중력파 방출이 아니라, 비뉴턴성 별 동반성체에서의 점성 손실과 같은 다른 메커니즘에 기인한 것으로 해석되며, 이는 일반적으로 받아들여지는 중력파 방출이 주기 감쇠의 원인이라는 해석에 도전한다.

ABSTRACT

In the exact (non-linear) formulation of general relativity (GR) no motion of bodies can give origin to gravitational waves (GW's) - as it has been proved. Accordingly, the measured rate of change of the orbital period of binary pulsar B PSR1913+16 must have other causes, different from the emission of GW's; maybe the viscous losses of the unseen pulsar companion, if it were e.g. a helium star.

연구 동기 및 목표

• PSR B1913+16의 관측된 궤도 감쇠가 중력파 방출 때문이라는 널리 수용된 해석을 도전하기 위해.
• 정확한 비선형 일반 상대성 이론 표현법이 두 중력적으로 결합된 점질량에서 중력파 방출을 허용하지 않는다고 주장하기 위해.
• 선형화된 일반 상대성 이론과 그가 마克斯웰-로렌츠 전기역학과 잘못된 유사성에 기반해 중력파의 물리적 실재성을 정당화하는 데 사용된 것을 비판하기 위해.
• 비뉴턴성 별 동반성체(예: 헬륨 별)에서의 점성 소산이 중력파를 도입하지 않고도 관측된 주기 감쇠를 설명할 수 있다고 제안하기 위해.
• 일반 상대성 이론 예측과의 경험적 일치가 그 기초 가정의 개념적 또는 물리적 타당성을 보장하지는 않는다는 점을 강조하기 위해.

제안 방법

• 헤르만 와일의 정리를 사용하여 일반 상대성 이론에서 PSR B1913+16의 두 별이 항상 정지해 있는 좌표계를 선택할 수 있음을 보여주며, 이 프레임에서 중력파 방출이 없음을 의미한다.
• 일반 좌표 불변성 원리를 적용하여 어떤 관측자도 복사장에 특권적인 접근을 가지지 못하므로, 한 관측자가 중력파를 보지 못한다면 어떤 관측자도 볼 수 없다고 주장한다.
• 일반 상대성 이론의 선형화 근사에 분석을 적용하고, 복사 항목이 좌표에 의존하므로, 물리적 중력파 존재를 입증하는 데 기초로 삼을 수 없다고 보여준다.
• 일반 상대성 이론의 고차항 편미분 전개에서 좌표 변환을 통해 복사 항목을 제거할 수 있음을 보이며, 이는 중력파가 게이지 장애물일 뿐 물리적 실체가 아니라는 것을 증명한다.
• 선형화된 일반 상대성 이론과 마克斯웰-로렌츠 전기역학 사이의 형식적 유사성에 대해 비판하며, 중력파가 정확한 일반 상대성 이론에서 정의된 관측 불변의 물리적 의미를 지니지 못한다는 점을 보여준다.
• Peters와 Mathews의 궤도 감쇠 속도 공식을 평가하고, 그 물리적 기초에 의문을 제기하며, 중력파가 실재하지 않는다면 에너지 손실은 비복사 메커니즘에 기인해야 한다고 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정확한 비선형 일반 상대성 이론 표현법은 두 점질량의 이진계에서 중력파 방출을 허용하는가?
• RQ2 PSR B1913+16의 관측된 궤도 감쇠는 중력파 방출을 가정하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ3 일반 상대성 이론의 선형화 근사는 중력파의 물리적 존재를 확립하는 데 충분한가?
• RQ4 편미분적 일반 상대성 이론에서 중력파의 존재 유추에 좌표 의존성이 미치는 역할은 무엇인가?
• RQ5 비뉴턴성 별 동반성체에서의 점성 손실이 중력파 방출로 기인한 효과를 모방할 수 있는가?

주요 결과

• 정확한 일반 상대성 이론 표현법은 두 중력적으로 결합된 점질량에서 중력파 방출을 금지한다. 그들의 운동은 지오데식(자유) 궤도를 따른다.
• 두 별이 정지해 있는 좌표계에서 중력파가 방출되지 않으며, 일반 좌표 불변성에 따라 이 시스템에서 어떤 관측자도 복사를 감지할 수 없다.
• 일반 상대성 이론의 선형화 근사는 중력파의 물리적 존재 정리를 확립할 수 없으며, 복사 항목이 게이지 의존적이며 좌표 변환으로 제거될 수 있기 때문이다.
• 마aks웰-로렌츠 전기역학과 선형화된 일반 상대성 이론 사이의 유사성은 본질적으로 잘못된 것으로, 중력파가 정확한 일반 상대성 이론에서 관측 불변의 물리적 의미를 지니지 못한다.
• 비뉴턴성 별 동반성체(예: 헬륨 별)에서의 점성 소산은 중력파 방출이 예측하는 것과 같은 주문의 궤도 감쇠를 유도할 수 있으며, 이는 타당한 대안적 설명이 될 수 있다.
• 측정된 궤도 감쇠 속도와 예측된 값 사이의 관측된 일치는 중력파 방출에 대한 결론적인 증거가 아니며, 체계적 오차 또는 다른 물리적 메커니즘에 기인할 수 있다.