[논문 리뷰] Non-existence of gravitational waves. The stages of the theoretical discovery (1917-2003)

A. Loinger|ArXiv.org|2003. 12. 27.

Geophysics and Gravity Measurements참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론에서 중력파가 물리적 실재를 갖지 않으며, 진동하는 좌표에 의존하는 산물이며 진정한 에너지도 동역량도 갖지 못한다고 주장한다. 정확하고 비분석적 방법을 통해, 아인슈타인 방정식의 파동 유사 해가 임의의 좌표계에 의존하고 에너지-운동량 텐서가 수렴하지 않기 때문에 물리적 의미가 없는 형식적 진동, 즉 실체가 없는 유령임을 입증한다.

ABSTRACT

A short history of the theoretical discovery that the gravitational waves of general relativity do not have a physical reality.

연구 동기 및 목표

• 일반 상대성 이론이 예측하는 중력파의 광범위하게 수용된 물리적 실재성을 도전하기 위해.
• 아인슈타인 장 방정식에서 파동 유사 성격을 띤 해가 물리적 실체가 없는 형식적이고 좌표에 의존하는 진동임을 입증하기 위해.
• 중력파의 에너지-운동량이 진정한 텐서가 아니며 일반 좌표 변환에 대해 불변이 아니라는 것을 보여주기 위해.
• PSR 1913+16에서 관측된 주기 감쇠가 중력 방사의 결정적 증거가 될 수 없다고 주장하기 위해, 개념적 및 에너지적 모순이 존재하기 때문이다.
• 일반 상대성 이론에서 중력파 생성을 위한 물리적 메커니즘이 존재하지 않음을 정확하고 비분석적 방법으로 증명하기 위해.

제안 방법

• 질량 텐서가 0이면 중력 텐서도 0이 되므로 물리적 에너지나 동역량이 없음을 보여주는 레비-치비타(1917)의 결과를 분석한다.
• 특성 초면을 다루는 레비-치비타(1930)의 작업을 적용하여, 중력파의 전파면이 장의 종류와 무관하게 해밀토니안 방정식에 의해 지배됨을 보여준다.
• Scheidegger(1953)의 분석을 통해 좌표 변환 하에서 복사 항이 사라짐을 보여주어 물리적 복사가 없음을 입증한다.
• Infeld와 Plebanski(1960)의 논문을 인용하여, 가짜 에너지-운동량 텐서가 비물리적임을 보여주고, 임의의 조화 함수에 따라 변할 수 있음을 강조한다.
• 두 가지 비분석적 증명을 제시한다: (1) 지선 운동은 복사할 수 없으므로 중력파 생성 메커니즘이 존재하지 않는다; (2) 임의의 파동 유사 메트릭스는 좌표 변환으로 제거될 수 있으므로 좌표 의존성만을 보여주고, 이는 물리적 실재가 없음을 증명한다.
• Weyl(1944)의 선형화된 중력 이론 분석을 적용하여, 선형 근사에서 중력파가 힘을 갖지 않으며 게이지에 의존하므로 물리적으로 부적절함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력파가 좌표계에 의존하기 때문에 일반 상대성 이론에서 물리적으로 실재할 수 있는가?
• RQ2 중력파에 대해 수렴하고 불변하는 에너지-운동량 텐서가 없기 때문에 그것이 물리적으로 실재하지 않는다는 의미인가?
• RQ3 PSR 1913+16에서 관측된 주기 감쇠는 중력 방사 없이도 설명될 수 있는가?
• RQ4 이중성계에서 에너지 손실을 예측하는 데 사용되는 4중극 공식이 정확한 일반 상대성 이론 내에서 개념적으로 타당한가?
• RQ5 아인슈타인 장 방정식의 모든 파동 유사 해가 좌표 변환으로 제거될 수 있는가? 이를 통해 그것들이 물리적 실재가 없음을 증명할 수 있는가?

주요 결과

• 진공에서 중력 텐서가 0이므로 에너지, 동역량, 응력이 없으며, 따라서 중력파는 물리적 에너지를 지닐 수 없다.
• 레비-치비타(1917)의 결과에 따르면 일반 상대성 이론에서 진공에서 에너지-운동량 조건을 만족하는 유일한 텐서는 아인슈타인 텐서이며, 질량 텐서가 0이면 이 텐서도 0이 된다.
• Scheidegger(1953)의 분석은 중력장에서의 복사 항이 좌표 선택의 산물이며 제거될 수 있음을 보여주며, 이는 물리적 복사가 없음을 의미한다.
• Infeld와 Plebanski(1960)는 가짜 에너지-운동량 텐서가 비물리적이며 조화 함수를 통해 임의로 조정될 수 있음을 확인하여, 측정 가능한 복사 개념을 붕괴시킨다.
• 지선 운동에 기반한 비분석적 증명은 질량 점이 지선을 따라 운동할 경우 중력파를 방출할 수 없으며, 전자기학에서 관성 운동과 유사한 자유 입자이기 때문이다.
• 임의의 파동 유사 메트릭스는 좌표 변화로 제거될 수 있으므로, 그 파동 성격은 불변이 아니며 물리적으로 실재하지 않음을 증명한다—오직 좌표 기반의 산물일 뿐이다.