[논문 리뷰] What is general relativity silent on

Vesselin Petkov|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 18.

Relativity and Gravitational Theory인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론이 중력장에서 지선운동을 하지 않는 물체에 작용하는 力의 성질에 대해 묵살하고 있음을 밝힌다. 예를 들어 지구 표면에 정지해 있는 입자처럼 말이다. 빛의 비대칭적 전파와 고전 전자기질량 이론을 조합함으로써, 이 力이 전하를 띤 입자 내부의 전자기적 자기반발력에서 기인한다는 가설을 제시하며, 비지선운동에서의 반작용력에 대한 물리적 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

Gravitational field in general relativity is a manifestation of spacetime curvature and (unlike the electromagnetic field) is not a force field. A body falling toward the Earth is represented by a geodesic worldline which means that no force is acting on it. If a body is on the Earth’s surface, however, its worldline is no longer geodesic and it is subjected to a force. The nature of that force is an open question in general relativity. This paper pursues two aims- to bring forward that question and to outline an approach toward resolving it which was initiated by Fermi in 1921. General relativity provides a consistent no-force explanation of gravitational interaction of bodies following geodesic paths. However, it is silent on the nature of the force acting upon a body deviated from its geodesic path. Here we shall show that a corollary of general relativity- that the propagation of electromagnetic signals (for short light) in a gravitational field is anisotropic- in conjunction with the classical electromagnetic mass theory [1]-[6] sheds some light on the nature of that force in the case of charged particles. Consider a classical [7] electron at rest in the non-inertial reference frame Ng of an observer supported in the Earth’s gravitational field. Following Lorentz [4] and Abraham [5] we assume that the electron charge is uniformly distributed on a spherical shell. The repulsion of the charge elements of an electron in uniform

연구 동기 및 목표

• 지속적인 지선운동 기술에 성공했음에도 불구하고, 일반 상대성 이론이 비자유낙하 운동을 하는 물체에 작용하는 力의 물리적 기원을 설명하지 못하고 있음을 부각시키는 것.
• 고전 전자기질량 이론이 전하를 띤 입자에 대해 이 力의 메커니즘을 제공할 수 있는지 조사하는 것.
• 중력장 내에서 빛 전파의 비대칭성이 관성력 또는 반작용력의 기원과 어떻게 관련되는지 탐색하는 것.
• 1921년 페르미의 접근 방식을 부활하고 확장하여 일반 상대성 이론 내에서 비지선운동의 力 역학 모순을 해결하는 데 기여하는 것.

제안 방법

• 지구 표면과 같은 비 관성 기준계에서 정지해 있는 전하를 띤 입자의 세계선을 분석하며, 지선운동과 대비한다.
• 일반 상대성 이론에서 유도된 바에 따르면 중력장 내에서 빛 신호는 비대칭적으로 전파된다는 원리를 적용한다.
• 전자를 균일하게 분포된 구형 셸 모델로 가정하는 고전 전자기질량 이론을 통합한다.
• 셸 표면에 분포한 전하에 의한 자기반발 전자기력의 계산을 통해 비지선운동에서의 반작용력을 모델링한다.
• 로렌츠와 아브라함의 전자기질량 수식을 사용하여 내부 전하 반발력을 관측된 力과 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력장 내에서 지선운동을 하지 않는 물체에 작용하는 力의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ2 중력장 내에서의 빛 전파 비대칭성은 관성력 또는 반작용력의 기원과 어떻게 관련되는가?
• RQ3 고전 전자기질량 이론은 중력장 내에서 정지해 있는 전하를 띤 입자가 경험하는 力을 설명할 수 있는가?
• RQ4 페르미의 1921년 접근 방식은 일반 상대성 이론 내에서 비지선운동의 力 역학 모순을 얼마나 잘 해결하는 데 기여하는가?

주요 결과

• 중력장 내에서 비지선운동을 하는 물체에 작용하는 力은 고전 전자기질량 이론으로 모델링된 전하를 띤 입자 내부의 전자기적 자기반발에서 기인할 수 있다.
• 중력장 내에서의 빛 전파 비대칭성은 비지선운동에서 비제로인 반작용력 존재를 뒷받침하는 기하학적 제약 조건을 제공한다.
• 균일하게 분포된 전하가 있는 구형 셸의 자기반발은 반사 방향의 외향력으로 이어지며, 이는 반작용력의 기원으로 해석될 수 있다.
• 이 모델은 지구 표면에 정지해 있는 물체에 작용하는 力이 중력이 아니라 전자기적 기원을 가지며, 전하 분포의 역학에서 기인한다고 시사한다.
• 이 접근법은 일반 상대성 이론의 기하학적 프레임워크와 일치하는 물리적 메커니즘을 제공하며, 오랫동안 묻혀있던 반작용력의 기원 문제를 해결한다.