[논문 리뷰] On the origin of the notion of GW et cetera

A. Loinger|ArXiv.org|2004. 07. 27.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 4인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론의 선형화 근사에서 이해되는 고전적 중력파(GWs)는 물리적으로 실재하지 않으며, 그 자체가 근사의 산물임을 주장한다. 선형 단계를 초월해 근사를 확장함으로써 저자는 복사항목(radiation terms)이 좌표 변환을 통해 제거될 수 있음을 보여주며, 이는 중력파가 관성계에 따라 달라지며 물리적 실재성이 없음을 시사한다. 이는 현대 중력파 탐지 노력의 기초를 도전한다.

ABSTRACT

The notion of gravitational wave (GW) came forth originally as a by-product of the linear approximation of general relativity (GR). Now, it can be proved that this approximation is quite inadequate to a proper study of the hypothetic GW's. The significant role of the approximations beyond the linear stage is emphasized.

연구 동기 및 목표

• 선형화된 일반 상대성 이론이 예측하는 중력파의 물리적 존재를 도전하기 위해.
• 중력파로 해석되는 복사항목이 게이지에 따라 달라지며 좌표 변환으로 제거될 수 있음을 보여주기 위해.
• 일般 상대성 이론에서 선형 단계를 초월한 고차원 근사의 중요성을 간과당한 바를 부각하기 위해.
• 특히 하모닉 좌표와 후뉴턴 확장(post-Newtonian expansions)을 사용하는 현대 중력파 탐지 이론 프레임워크를 비판하기 위해.
• 웨일(Weyl)과 레비-치비타(Levi-Civita)가 처음 제기한 견해를 재확인하기 위해 — 즉, 중력파는 물리적으로 실재하지 않으며 제한된 근사 체계의 수학적 산물이라는 견해를 재확인하기 위해.

제안 방법

• 일반 상대성 이론의 선형화 근사를 분석하여, 좌표 변환에 대해 사라지는 의사텐서 형태의 에너지-운동량을 도출함으로써 그것이 물리적으로 실재하지 않음을 보여줌.
• 아인슈타인-인펠트-호프만(Einstein-Infeld-Hoffmann) 방법을 적용하여, 중력력은 선형 근사를 초월할 때에만 나타남을 보임.
• 현대 중력파 탐지에서 사용되는 제3후뉴턴 차수 운동 방정식(예: 이토우와 후타마세)을 분석하고, 그 복사항목이 관성계에 따라 달라짐을 입증함.
• 웨일의 1944년 분석을 활용하여, 선형화된 일반 상대성 이론에서 중력장이 물질에 힘을 작용시키지 않음을 보여주며, 이는 '무력한 그림자(powerless shadow)'로 묘사됨.
• 선형화된 일반 상대성 이론에서 일관되고 게이지 불변인 중력에 대한 에너지-운동량 텐서가 존재하지 않음을 증명함으로써, 중력파의 물리적 기반을 약화시킴.
• 비선형 형태로 장 방정식을 재구성하여, 적절한 좌표 선택을 통해 동일한 해가 사라질 수 있음을 보여, 중력파의 비물리적 성격을 증명함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복사항목이 좌표 변환으로 제거될 수 있다면, 중력파가 물리적으로 실재할 수 있는가?
• RQ2 일반 상대성 이론의 선형 근사는 중력장의 진정한 역학을 얼마나 잘못 기술하는가?
• RQ3 현대 후뉴턴 이론적 접근에서, 중력파가 관성계에 따라 달라지는데도 불구하고, 왜 여전히 물리적 현상으로 간주하는가?
• RQ4 일般 상대성 이론 내에서 중력파 생성을 위한 일관된 메커니즘이 존재하는가?
• RQ5 선형화된 중력에서 에너지-운동량 텐서의 물리적 상태는 무엇이며, 왜 실제 물리적 힘을 나타내지 못하는가?

주요 결과

• 일반 상대성 이론의 선형 근사는 좌표 변환에 대해 사라지는 의사텐서 형태의 에너지-운동량을 생성하며, 이는 그것이 물리적으로 실재하지 않음을 시사한다.
• 아인슈타인-인펠트-호프만 방법을 통해, 중력력은 선형 근사를 초월할 때에만 나타남을 입증함.
• 일반적으로 중력파로 해석되는 복사항목은 적절한 좌표 선택을 통해 제거될 수 있으며, 이는 그것이 물리적이지 않고 게이지의 산물임을 증명함.
• 현대 중력파 탐지에서 사용되는 제3후뉴턴 차수 운동 방정식(예: 이토우와 후타마세)은 관성계에 따라 달라지며 물리적 실재를 반영하지 않음.
• 선형화된 일반 상대성 이론에서 일관되고 비자명한 게이지 불변의 중력 에너지-운동량 텐서는 존재하지 않으며, 이는 중력파의 물리적 기반을 약화시킴.
• 웨일(1944)과 레비-치비타(1917)의 이론적 결과는 중력파가 물리적으로 실재하지 않으며, 제한된 근사 체계의 수학적 산물이라는 사실을 확인하며, 이는 현대 천체물리학에서 거의 간과당하고 있음.