[논문 리뷰] The Field Structure of Vacuum, Maxwell Equations and Relativity Theory Aspects. Part 1

Anatoliy K. Prykarpatsky, Nikolai N. Bogolubov|ArXiv.org|2008. 07. 23.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 12인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 진공 장 이론의 기본 원리로부터 마克斯웰 방정식을 유도하고 상대성 전기역학을 탐구한다. 진공을 스칼라 및 벡터 포텐셜을 가진 물리적 매질로 모델링하며, 아인슈타인의 관성 기준계 가정에 의존하지 않고 라우레츠 힘과 특수 상대성 이론을 재해석한다. 비관성 기준계에서의 불변성에 기반한 새로운 장 이론적 접근을 제안함으로써, 기존의 상대성 이론적 가정에 도전하고 진공의 구조 및 장 역학에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

The nature of space-time and surrounding matter objects was and persists to be a one of the most intriguing and challenging problems facing the mankind and natural scientists especially. As we know one of the most brilliant inventions in physics of XIX-th century was combining of electricity and magnetism within the Faraday-Maxwell electromagnetism theory. This theory explained the main physical laws of light propagation in space-time and posed new questions concerning the nature of vacuum. Nonetheless, almost all attempts aiming to unveil the real state of art of the vacuum problem appeared to be unsuccessful in spite of new ideas suggested by Mach, Lorentz, Poincare, Einstein and some others physicists. Moreover, the non-usual way of treating the space-time devised by Einstein, in reality, favored to eclipsing both its nature and the related physical vacuum origin problems \cite{Fe,Ga,Ma,TW,Ba,BP}, reducing them to some physically unmotivated formal mathematical principles and recipes, combined in the well known special relativity theory (SRT). The SRT appeared to be adapted to the only inertial reference systems and faced with hard problems of the electromagnetic Lorentz forces explanation and relationships between inertial and gravity forces. The latter was artificially "dissolved" by means of the well known "equivalence" principle owing to which the "inertial" mass of a material object was postulated to coincide with its "gravity" mass. In work we try to unveil some nontrivial aspects of the real space-time and vacuum origin problems to derive from the natural field theory principles all of the well known Maxwell electromagnetism and relativity theories results, to show their relative or only visible coincidence with real physical phenomena and to feature new perspectives facing the modern fundamental physics.

연구 동기 및 목표

• 기본 장 이론 원리로부터 마克斯웰 방정식을 재유도함으로써, 이를 공리로 둔 것이 아니라.
• 특수 상대성 이론의 한계, 특히 관성 기준계에 대한 의존성과 인위적인 등가 원리에 대응함.
• 스칼라 및 벡터 포텐셜의 연속성과 운동 방정식을 사용하여 진공을 내재된 장 구조를 가진 물리적 매질로 모델링함.
• 비관성 기준계에서 라우레츠 힘 법칙을 재해석하여 그 불변성이 없음을 보이고 표준 상대성 이론 프레임워크에 의문을 제기함.
• 비물리적 개념인 비유클리드 시공간과 같은 비물리적 구성요소를 피하면서도 물리적 현실을 더 잘 반영하는 전자기학과 상대성 이론의 새로운 장 이론적 기초를 제안함.

제안 방법

• 3차원 유클리드 공간에 시간를 포함한 매끄러운 4차원 벡터 포텐셜 (W, A)를 가정하여 진공을 물리적 장 매질로 모델링함.
• 연속 조건: (1/c)(∂W/∂t) + ∇·A = 0 을 도입하여 스칼라 및 벡터 포텐셜을 연결함.
• 스칼라 포텐셜에 대한 운동 방정식 도입: (1/c²)(∂²W/∂t²) - ∇²W = ρ. 이는 진공 내 선형 변화를 나타냄.
• 전기장 E = - (1/c)(∂A/∂t) - ∇W 와 자기장 B = ∇×A 를 정의함.
• 연속성과 운동 방정식의 조합으로 첫 번째 마克斯웰 방정식 ∇·E = ρ 를 도출함.
• 전기장 정의에 컬 연산자를 적용하여 ∂B/∂t - c(∇×E) = 0 을 유도함으로써 두 번째 마克斯웰 방정식을 도출함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마克斯웰 방정식은 공리로 둔 것이 아니라 진공 장 이론의 기본 원리로부터 유도될 수 있는가?
• RQ2 라우레츠 힘은 비관성 기준계에서 어떻게 변환되며, 왜 불변성이 없는가?
• RQ3 진공의 물리적 성질은 무엇이며, 스칼라 및 벡터 포텐셜의 내재된 동역학을 가진 장 매질로 어떻게 모델링할 수 있는가?
• RQ4 표준 특수 상대성 이론 프레임워크는 관성력과 만유인력이 일관되게 설명되지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ5 장 이론적 진공 모델은 전자기학과 상대성 이론의 더 물리적으로 일관된 기초를 이끌 수 있는가?

주요 결과

• 마크스웰 방정식은 진공 포텐셜 장의 연속성과 운동 방정식을 사용하여 기본 원리로부터 도출됨.
• 전기장은 E = - (1/c)(∂A/∂t) - ∇W 로 정의되고, 자기장은 B = ∇×A 로 정의되며, 표준 전자기학과 일치함.
• 첫 번째 마크스웰 방정식 ∇·E = ρ 는 연속성과 운동 방정식의 조합으로 직접 도출됨.
• 두 번째 마크스웰 방정식 ∂B/∂t - c(∇×E) = 0 은 전기장 정의에 컬 연산자를 적용하여 도출됨.
• 고전적 라우레츠 힘 표현식은 비관성 기준계 변환에서 불변성이 없음을 입증하여 특수 상대성 이론의 기초에 도전함.
• 논문은 라우레츠 힘의 불변성 부재와 관성 기준계 의존성으로 인해 길이 수축, 시간 지연과 같은 인위적 구성요소와 블랙홀, 비유클리드 시공간과 같은 비물리적 개념이 도입되었다고 주장함.