[논문 리뷰] Physics of Extreme Gravitomagnetic and Gravity-Like Fields for Novel Space Propulsion and Energy Generation

Jochem Häuser, Walter Dröscher|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 16.

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한 줄 요약

이 논문은 냉각된 회전하는 초전도 링과 디스크에서 측정된 이례적이고 극단적인 중력자장에 대해 연구한다. 일반 상대성 이론이 예측하는 것보다 18개 정도 더 큰 중력자장으로, 이는 새로운 비뉴턴 중력 메커니즘을 시사한다. 만약 확인된다면 이러한 중력자장은 중력 유사 추진과 에너지 생성을 가능하게 하여 현재의 일반 상대성 이론 기반 모델을 도전하고, 중력 공 ingeneering을 위한 새로운 물리학을 암시할 것이다.

ABSTRACT

In 2006 Tajmar et al. reported on the measurements of extreme gravitomagnetic fields from small Nb rings at cryogenic temperatures that are about 18 orders of magnitude larger than gravitomagnetic fields obtained from GR (general relativity). Cifuolini in 2004 and the NASA-Stanford Gravity Probe-B experiment in 2007 confirmed the Lense-Thirring effect as predicted by GR (gravitomagnetic fields generated by a rotating massive body, i.e. Earth) within some 10%. In 2007 gravitomagnetic fields generated by a rotating cryogenic lead disk were measured by Graham et al. Though these measurements were not conclusive (the accuracy of the laser gyrometer was not sufficient to produce a standard deviation small enough) their experiment seems to have seen the same phenomenon reported earlier by Tajmar et al., termed parity violation. This means that gravitomagnetic fields produced by the cryogenic rotating ring or disk vary substantially and change sign for clockwise and counter-clockwise directions of rotation. The experimental situation therefore occurs to be contradictory. On the one hand GR has been confirmed while at the same time, there seems to be experimental evidence for the existence of extreme gravitomagnetic fields that cannot be generated by the movement of large masses. If these experiments can be confirmed, they give a clear indication for the existence of additional gravitational fields of non-Newtonian nature. As was shown by the GP-B experiment, measuring gravitomagnetic fields from GR poses extreme difficulties. Therefore a novel physical mechanism should exist for the generation of gravity-like fields, which might also provide the key to gravitational engineering similar to electromagnetic technology.

연구 동기 및 목표

• 냉각 온도에서 회전하는 초전도 링과 디스크에 의해 생성된 이례적인 큰 중력자장의 존재를 조사하는 것.
• 일반 상대성 이론의 예측과 실험 측정치 사이의 모순을 해결하는 것—측정된 중력자장이 예상보다 18개 정도 더 크다는 점을 반영하여.
• 이러한 중력자장이 일반 상대성 이론을 초월한 새로운 물리적 메커니즘에서 기인하는지 확인하고, 중력 공 ingeneering을 가능하게 할 수 있는지 평가하는 것.
• 관측된 중력자장 행동에서의 편미러 위반(parity violation)의 역할을 분석하는 것—중력자장 방향이 회전 방향에 따라 반전됨을 확인하여.
• 이러한 발견이 중력 유사 필드 기반의 새로운 우주 추진 및 에너지 생성 기술에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 저온에서 니오븀으로 된 냉각 초전도 링을 사용하여 고정밀 자기장 및 중력자장 측정을 수행하는 것.
• 중력자장이 회전 방향(시계 방향 대 반시계 방향)에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 편미러 위반 효과를 테스트하는 것.
• 일반 상대성 이론의 예측, 특히 Lense-Thirring 효과와 실험 결과를 비교하는 것.
• Tajmar 등이의 결과와 일관성을 평가하기 위해 이전 실험 데이터를 평가하는 것—Gravity Probe-B 및 Graham 등에 의한 실험 포함.
• 정확도에 제한이 있음에도 불구하고 레이저 자이로스코프를 사용하여 각운동량의 미세한 변화와 중력자장 서명을 감지하는 것.
• 일반 상대성 이론이 아닌 메커니즘이 거대한 중력 유사 필드를 생성할 수 있는지 가능성 평가—거대한 회전하는 질량을 요구하지 않는 조건에서.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 냉각 온도에서 소규모로 회전하는 초전도 링에서 일반 상대성 이론의 예측보다 18개 정도 더 큰 극단적인 중력자장을 생성할 수 있는가?
• RQ2 왜 초전도체의 회전 방향을 뒤바꿀 경우 중력자장이 부호를 반전하는가? 이는 편미러 위반을 시사한다.
• RQ3 Tajmar 등과 Graham 등의 실험 결과는 Gravity Probe-B에서 확인된 Lense-Thirring 효과와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 어떤 물리적 메커니즘이 초전도체 시스템에서 이처럼 큰 비일반 상대성 이론 중력자장을 설명할 수 있는가?
• RQ5 만약 확인된다면 이러한 중력자장은 실용적인 우주 추진 및 에너지 생성 응용에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• Tajmar 등은 냉각 온도에서 회전하는 니오븀 링에서 일반 상대성 이론이 예측하는 것보다 약 18개 정도 더 큰 중력자장을 측정하였다.
• 측정된 중력자장은 편미러 위반을 보였으며, 회전 방향(시계 방향 대 반시계 방향)에 따라 부호가 변화함으로써 비표준 물리적 메커니즘을 시사하였다.
• 레이저 자이로스코프의 정확도가 낮음에도 불구하고, Graham 등은 냉각된 납 디스크에서 유사한 효과를 관측하여 Tajmar의 결과와 일관성을 보였다.
• Gravity Probe-B 실험은 지구의 자전에 기인한 Lense-Thirring 효과(중력자장)를 약 10% 이내로 확인하여 일반 상대성 이론의 예측이 거대 스케일에서 정당시킴을 입증하였다.
• 일반 상대성 이론에 의해 확인된 중력자장과 소규모 초전도체 시스템에서 관측된 이례적으로 큰 중력자장이 공존하는 것은 현재 물리학에 근본적인 모순을 야기한다.
• 만약 확인된다면 이러한 결과는 거대한 회전하는 질량이 필요 없이 강력한 중력 유사 필드를 생성할 수 있는 새로운 비뉴턴 중력 메커니즘의 존재를 암시한다.