[논문 리뷰] Scalar theory of gravity as a pressure force

Mayeul Arminjon|ArXiv.org|2007. 09. 04.

Relativity and Gravitational Theory인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 중력을 일으키는 압력력으로서의 압력이 상상의 완전한 유체(‘에테르’)에 의해 작용하는 스칼라 중력 이론을 제안한다. 여기서 에테르의 압력이 중력 포텐셜으로 작용한다. 유체의 수압과 유사하게 중력을 모델링하고 레이저-포앵카레 특수상대성 이론을 통합함으로써, 이 이론은 슈바르츠실트의 외부 계량을 재현하고 비특이적인 중력 수축, 중력파, 충격파를 구형 대칭 진공 상황에서도 예측한다.

ABSTRACT

The theory starts from a tentative interpretation of gravity as Archimedes' thrust exerted on matter at the scale of elementary particles by an imagined perfect fluid ("ether"): the gravity acceleration is expressed by a formula in which the "ether pressure" p_e plays the role of the Newtonian potential. The instantaneous propagation of Newtonian gravity is obtained with an incompressible ether, giving a field equation for p_e. For a compressible ether, this equation holds in the static case. The extension to non-static situations follows the lines of acoustics and leads to gravitational (pressure) waves. To account for metric effects, the modern version of the Lorentz-Poincare interpretation of special relativity is used. Einstein's equivalence principle (EP) is seen as a correspondence between the metric effects of gravity and those of uniform motion with respect to the ether: a gravitational contraction (dilation) of space (time) standards is assumed. This implies geodesic motion for test particles in a static field. The scalar field equation is now expressed in terms of the physical space and time metrics in the frame of ether. Since both metrics depend on p_e due to the EP, it becomes non-linear in p_e. In the spherical static situation, Schwarzschild's exterior metric is predicted, but the interior metric differs from GR. Since pressure produces gravitation also in the investigated theory, no equilibrium is possible for very massive objects. But the gravitational collapse in free fall does not lead to any singularity. Moreover, gravitational waves, and even shock ones, can exist in vacuo also with spherical symmetry.

연구 동기 및 목표

• 중력을 기하학적 곡률이 아닌, 기본 입자 척도에서 물질에 작용하는 상상의 완전한 유체(‘에테르’)의 압력력으로 재해석하고자 한다.
• 정적, 비압축성 경우에서 뉴턴 중력을 재현하고 음향 기반 역학을 통해 비정적 상황으로 확장하는 에테르 압력에 대한 스칼라 장 방정식을 유도하고자 한다.
• 특수상대성 이론의 레이저-포앵카레 해석을 적용하여 계량 효과(시간 지연, 길이 수축)를 에테르에 대한 운동과 연결하고, 시험 입자의 지오데식 운동을 강제하고자 한다.
• 질량과 압력이 모두 중력의 원천이 되는 것을 고려하여, 강력한 필드 영역에서 수정된 예측을 가능하게 하는 비선형 스칼라 장 방정식을 유도하고자 한다.
• 이 이론이 중력 수축에서 특이점을 피할 수 있는지, 그리고 진공에서 구형 대칭 조건 하에서도 중력파(충격파 포함)를 지지할 수 있는지 조사하고자 한다.

제안 방법

• 에테르의 압력 p_e 를 중력 포텐셜로 삼고, 완전한 유체(에테르)로부터 아르키메데스의 부력으로서 중력을 모델링한다.
• 압축성 없는 에테르에서 순식간의 뉴턴 중력을 조건으로 하여 p_e 를 위한 장 방정식을 유도하고, 정적 구성에서의 비압축성 경우로 일반화한다.
• 음향에 기반한 유사성으로 비정적 상황으로 이론을 확장하여 중력(압력)파의 출현을 이끌어낸다.
• 특수상대성 이론의 레이저-포앵카레 해석을 적용하여 계량 효과(시간 지연, 길이 수축)를 에테르에 대한 운동과 연결하고, 시험 입자의 지오데식 운동을 강제한다.
• 물리적 공간과 시간 계량을 에테르 기준에서 스칼라 장 방정식으로 표현하며, 이 계량들이 p_e 에 의존함에 따라 비선형 방정식이 유도된다.
• 구형 대칭 조건에서 비선형 장 방정식을 해석하여 외부 및 내부 계량을 유도하고 일반 상대성 이론과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력은 일관적으로 상상의 완전한 유체 에테르에서 기인하는 압력력으로 기술될 수 있는가? 여기서 에테르 압력이 중력 포텐셜으로 작용한다.
• RQ2 이로 인한 스칼라 이론이 외부 영역에서 슈바르츠실트 계량을 재현하고 일반 상대성 이론과 비교해 볼 때 내부 계량이 수정된 것으로 나타나는가?
• RQ3 진공에서 구형 대칭 조건 하에서도 중력파(충격파 포함)를 지지할 수 있는가? 이는 일반적으로 질량 원천이 없는 조건에서 허용되지 않는 특성이다.
• RQ4 압력이 중력의 원천으로 포함될 경우, 거대 천체의 수축 평형이 깨져 특이점이 아닌 비특이적 수축으로 이어지는가?
• RQ5 에테르 기준에서 적용된 특수상대성 이론의 레이저-포앵카레 해석이 계량 효과 유도 및 지오데식 운동 유도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이론은 구형 대칭, 정적 조건에서 슈바르츠실트 외부 계량을 재현하여 약한 필드, 진공 조건에서 일반 상대성 이론과 일치함을 확인한다.
• 이론에서 도출된 내부 계량은 일반 상대성 이론과 다름을 보이며, 거대 천체 내부의 중력장에 대한 별개의 기술을 나타낸다.
• 이 이론은 비특이적 중력 수축을 예측한다: 자유 낙하 조건에서도 시공간 특이점은 형성되지 않으며, 이는 블랙홀 특이점 문제의 해결 가능성을 시사한다.
• 진공에서 구형 대칭 조건 하에서도 중력파(충격파 포함)가 전파될 수 있으며, 이는 일반 상대성 이론에서 일반적으로 허용되지 않는 특성이다.
• 물리적 공간과 시간 계량이 에테르 압력 p_e 에 의존함에 따라 스칼라 장 방정식은 비선형이 된다. 이는 p_e 가 중력장 자체에 의존하기 때문이다.
• 이 이론은 구형 대칭 조건 하에서 진공에서도 중력파 존재를 지지하며, 이는 압력과 그 역학이 질량 원천 없이도 중력 방사선을 생성할 수 있음을 시사한다.