[논문 리뷰] Retarded Gravitation Theory: the Gravitational Velocity Effect in Galactic Rotation Curves, and the Flyby Anomaly

C. K. Raju|arXiv (Cornell University)|2011. 02. 15.

Relativity and Gravitational Theory인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 중력이 질량의 지연된 위치와 속도에 따라 영향을 받는 레이저-고정된 후행 중력 이론(RGT)을 제안한다. 이 이론은 시간 비대칭적인 운동 방정식을 유도하며, 행성 근처의 탐사선 비행에서 관측되는 비정상적인 속도 변화(비행비행 이상 현상)를 지구의 자전 속도에 기인한 v/c 효과로 설명하고, 은하의 평탄한 회전곡선은 공전하는 별들의 속도 저항 효과로 기인한다고 보고, 다크 물질을 도입하지 않고 비뉴턴 역학을 설명한다.

ABSTRACT

We propose a Lorentz-covariant theory of gravity, and explain its theoretical origins in the problem of time in Newtonian physics. In this retarded gravitation theory (RGT), the gravitational force depends upon both retarded position and velocity, and the equations of motion are time-asymmetric retarded functional differential equations. We explicitly solve these equations, under simplifying assumptions, for various NASA spacecraft. This shows that the differences from Newtonian gravity, though tiny within the solar system, are just appropriate to explain the flyby anomaly as a v/c effect due to earth's rotation. The differences can, however, be large in the case of a spiral galaxy, and we show that the combined velocity drag from a large number of co-rotating stars enormously speeds up a test particle. Thus, the non-Newtonian behaviour of rotation curves in a spiral galaxy may be explained as being due to velocity drag rather than dark matter. RGT can also be tested in the laboratory. It necessitates a reappraisal of current laboratory methods of determining the Newtonian gravitational constant G. Since RGT makes no speculative assumptions, its refutation would have serious implications across physics.

연구 동기 및 목표

• 시간 문제와 관련된 뉴턴 중력 이론의 모순을 해결하기 위해 상대론적, 후행 중력 이론을 개발한다.
• 행성 근처 탐사선의 비정상적인 도플러 시프트(비행비행 이상 현상)를 지구 자전 속도가 중력에 영향을 주는 결과로 설명한다.
• 다크 물질을 도입하지 않고도 나선형 은하의 평탄한 회전곡선을 설명하기 위해 공전하는 별들로부터의 속도 저항 효과를 모델링한다.
• RGT는 실험실에서 측정하는 중력 상수 G의 기존 방법을 도전하며, 이러한 방법이 일정한 중력 상수를 측정하는 것이 아니라 속도에 의존하는 중력 효과를 측정할 수 있음을 시사한다.
• 기존의 물리학 원리에 기반한 추측 없는 이론으로, 다크 물질과 표준 중력 이론의 대안을 제공한다.

제안 방법

• 후행 포텐셜에 기반한 로렌츠-고정된 중력 이론을 수립하며, 중력력이 소스의 지연된 시간에 대한 위치와 속도에 따라 결정됨을 가정한다.
• 지연된 위치와 속도 효과를 포함한 시간 비대칭적인 함수 미분 방정식을 유도한다.
• 특히 지구의 자전 기준에서의 우주선 궤도를 단순화된 가정 하에 해석한다.
• 나선형 은하에서 공전하는 별들의 집합적 중력 영향을 시험 입자에 작용하는 속도 저항력으로 모델링한다.
• RGT의 예측을 관측된 비행비행 데이터와 은하의 회전곡선과 비교하여 일관성을 평가한다.
• 실험실에서 측정된 G의 재평가를 통해, 뉴턴 모델이 고려하지 않는 속도에 의존하는 중력 효과에 민감할 수 있음을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지구의 자전에 기인한 속도에 의존하는 중력력이 후행 중력 이론 틀 안에서 태양계 외부의 탐사선 비행에서 관측되는 비행비행 이상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 나선형 은하에서 공전하는 별들의 총합된 속도 저항 효과가 다크 물질을 도입하지 않고도 평탄한 회전곡선을 설명할 정도의 가속도를 유도하는가?
• RQ3 후행된 위치와 속도를 중력에 포함할 경우, 특히 약한 필드 및 느린 운동 조건에서 뉴턴 중력 법칙과 비교해 운동 방정식은 어떻게 달라지는가?
• RQ4 현재 실험실에서 측정하는 중력 상수 G는 RGT가 예측하는 속도에 의존하는 중력 효과를 얼마나 잘못 고려하고 있는가?
• RQ5 시간 비대칭적이고 후행적인 중력 이론이 기본 물리학에 미치는 영향은 무엇인가? 특히 이 이론이 천체물리학 모델에서 다크 물질을 대체할 수 있다는 점을 고려할 때.

주요 결과

• 비행비행 이상 현상은 지구 자전에 기인한 v/c 효과로 설명되며, 중력의 전파 속도가 유한하기 때문에 중력력이 지연된다.
• 나선형 은하에서는 공전하는 별들의 누적된 속도 저항 효과가 시험 입자에 대해 순가속도를 유도하며, 관측된 평탄한 회전곡선을 모방한다.
• 이 이론은 태양계 내에서는 뉴턴 중력과의 편차가 미미하지만, 대규모이고 자전하는 체계에서는 중요해진다.
• 실험실에서 측정된 G의 값은 체계적으로 편향될 수 있으며, 이는 중력이 즉각적으로 작용한다고 가정하고 있고 RGT가 내재하는 속도에 의존하는 보정 항목을 간과하기 때문이다.
• 이 이론은 반증 가능하며, 만약 반증된다면 중력과 상대성 이론의 기본 원리에 대한 대대적인 재평가가 필요하다.
• RGT는 다크 물질을 도입하지 않고도, 후행 중력 이론 틀 안에서 집합적인 속도 효과를 기반으로 일관되고 추측 없는 다크 물질의 대안을 제공한다.