[論文レビュー] A Theory of Gravity and General Relativity based on Quantum Electromagnetism

J. X. Zheng-Johansson|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2006

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ひとこと要約

本稿は、誘電体的真空における極性化のない状態の量子的実体同士のデポラリゼーション放射（DR）ローレンツ力から、ニュートンの重力と一般相対性理論の効果を導出する統一的量子電磁理論を提案する。幾何的曲率や仮定された粒子を用いずに、量子電磁力学に基づき、一般相対性理論の4つの古典的検証——近日点移動、光の屈曲、重力赤方偏移、シャピロ時間遅延——を再現する。

ABSTRACT

Based on first principles solutions in a unified framework of quantum mechanics and electromagnetism we predict the presence of a universal attractive depolarisation radiation (DR) Lorentz force ($F$) between quantum entities, each being either an IED matter particle or light quantum, in a vacuuonic dielectric vacuum. Given two quantum entities $i=1,2$ of either kind, of characteristic frequencies $ν_i^0$, masses $m_i^0=hν_i^0 / c^2$ and separated at a distance r^0, the solution is $F=- G m_1^0 m_2^0/ (r^0)^2$, where $G= χ_0^2 e^4/12 π^2 ε_0^2 ρ_λ$, $χ_0$ is the susceptibility and $ρ_λ$ is the reduced linear mass density of the dielectric vacuum. This force $F$ is accurate at the weak $F$ limit and resembles in all respects Newton's gravity; hence $G$ is the gravitational constant. The DR wave fields and hence the gravity is propagated in the dielectric vacuum at the speed of light $c$; these can not be shielded by matter. A test particle $μ$ of mass $m^0$ at $r^0$ apart from a large mass $M$ is therefore gravitated by all of the building particles of M directly, by a total gravitational potential $V = -G M m^0/ r^0$. For a finite $V$ and hence a total Hamiltonian $H= m^0 c^2 +V$, solution for the eigenvalue equation of $μ$ presents a red-shift in the eigen frequency $ν= ν^0 (1- GM/r^0 c^2)$ and accordingly other wave variables. The quantum solutions combined with the wave nature of the gravity further lead to dilated gravito optical distance $r=r^0/(1- GM/r^0 c^2) $ and time $t=t^0/(1- GM/r^0 c^2) $, and modified Newton's gravity and Einstein's mass energy relation. Applications of these give predictions of the general relativistic effects manifested in the four classical test experiments of Einstein's general relativity (GR), in direct agreement with the experiments and the predictions given based on GR.

研究の動機と目的

• 誘電体的真空における量子電磁力学の第一原理から、ニュートンの重力と一般相対性理論的効果を導出すること。
• 重力の根源を電磁場の力学に置くことで、長年の量子力学と一般相対性理論の不整合を解消すること。
• 重力の説明を幾何学的でなく、粒子および場に基づくものとし、重力子や余剰次元といった仮定された粒子を避けること。
• 量子電気力学および真空極性化に根ざした統一的枠組みを用いて、一般相対性理論の4つの古典的検証を再現すること。

提案手法

• 誘電体的真空内における量子的実体（物質粒子または光子）間の普遍的な引力的デポラリゼーション放射（DR）ローレンツ力を導出する。
• 力の法則 $ F = -\mathscr{G}m_1^0 m_2^0 / (r^0)^2 $ を用い、ここで $ \mathscr{G} = \chi_0^2 e^4 / (12\pi^2 \epsilon_0^2 \rho_\lambda) $ であり、$ \mathscr{G} $ を重力定数 $ G $ と同一視する。
• 重力を光速 $ c $ で伝播する波動場としてモデル化し、DR場から成る。これらは遮蔽不能であり、相対論的波動伝播と整合的である。
• 重力ポテンシャル下でのテスト粒子に対する量子解を適用し、固有周波数 $ \nu = \nu^0 (1 - GM/r^0 c^2) $ の変化と修正されたエネルギー関係を導出する。
• 拡張された重力光学的距離 $ r = r^0 / (1 - GM/r^0 c^2) $ および時間 $ t = t^0 / (1 - GM/r^0 c^2) $ を導入し、ニュートン的および相対論的力学を修正する。
• 一貫した量子電磁波動力学に基づき、この枠組みを用いて一般相対性理論の4つの古典的検証を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 幾何的曲率を用いずに、統一的量子電磁理論の枠組みからニュートンの重力と一般相対性理論的効果が出現しうるか？
• RQ2 量子的実体間のデポラリゼーション放射（DR）ローレンツ力が、重力の逆二乗則と重力定数 $ G $ を再現できるか？
• RQ3 重力赤方偏移、光の屈曲、近日点移動、シャピロ時間遅延が、誘電体的真空内における量子電磁波動力学から導出可能か？
• RQ4 この枠組みにおいて、量子力学的固有状態および波動変数は重力ポテンシャル下でどのように変換されるか？
• RQ5 時空の曲率や重力子といった仮定された粒子を用いずに、観測された一般相対性理論的効果を再現できるか？

主な発見

• 導出された重力的力 $ F = -\mathscr{G}m_1^0 m_2^0 / (r^0)^2 $ は、$ \mathscr{G} $ が真空の感受率および質量密度から導かれる重力定数 $ G $ と同一視されることで、正確にニュートンの法則と一致する。
• 理論は水星の近日点移動を $ 43.1 \, \text{arcsec/century} $ と予測し、一般相対性理論および観測結果と一致する。
• 太陽による光の屈曲角は $ \alpha_b = 4GM/(Rc^2) = 1.75 \, \text{arcsec} $ と予測され、1919年のエディントン実験および一般相対性理論と一致する。
• 太陽付近を通過するレーダー信号のシャピロ時間遅延は $ 247 \, \mu\text{sec} $ と計算され、測定値 $ 250 \, \mu\text{sec} $ に近く一致する。
• 重力赤方偏移は固有周波数のずれ $ \nu = \nu^0 (1 - GM/r^0 c^2) $ から導出され、パウンド＝レブカ実験と整合的である。
• 理論は拡張された重力光学的距離および時間の予測を提示し、ニュートン的および相対論的力学を修正しながら、一般相対性理論の4つの古典的検証すべてと整合的であることを保証する。