[论文解读] On the origin of the notion of GW et cetera

A. Loinger|ArXiv.org|Jul 27, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用 7

一句话总结

本文主张，以经典广义相对论理解的引力波并非物理真实存在，而是广义相对论线性化近似下的产物。通过将近似方法拓展至线性阶段之外，作者证明了通常被解释为引力波的辐射项可通过坐标变换消除，表明引力波具有参考系依赖性且缺乏物理实在性，从而挑战了现代引力波探测工作的理论基础。

ABSTRACT

The notion of gravitational wave (GW) came forth originally as a by-product of the linear approximation of general relativity (GR). Now, it can be proved that this approximation is quite inadequate to a proper study of the hypothetic GW's. The significant role of the approximations beyond the linear stage is emphasized.

研究动机与目标

• 挑战线性化广义相对论所预测的引力波的物理存在性。
• 证明通常归因于引力波的辐射项具有规范依赖性，可通过坐标变换消除。
• 强调广义相对论中高阶近似（尤其是超越线性阶段）被长期忽视的作用。
• 批判现代引力波探测所采用的理论框架，特别是协和坐标系与后牛顿展开的应用。
• 重申由 Weyl 和 Levi-Civita 最初提出的观点：引力波并非物理真实，而是受限近似方案下的数学产物。

提出的方法

• 分析广义相对论的线性化近似，表明其产生一个伪张量能量-动量，且在坐标变换下消失。
• 应用爱因斯坦-英菲尔德-霍夫曼方法，证明引力作用仅在超越线性近似时才出现。
• 考察第三后牛顿阶运动方程（如 Itoh 和 Futamase 的研究），证明其辐射项具有参考系依赖性。
• 利用 Weyl 1944 年的分析表明，在线性化广义相对论中，引力场对物质不施加任何力，因而仅是“无能之影”。
• 证明在广义相对论中，不存在非平凡且规范不变的引力能量-动量张量，从而动摇了引力波的物理基础。
• 以非线性形式重构场方程，表明通过适当选择坐标，相同解可被消除，从而证明引力波的非物理本质。

实验结果

研究问题

• RQ1 若引力波的辐射项可通过坐标变换消除，那么引力波是否可能具有物理实在性？
• RQ2 广义相对论的线性近似在多大程度上无法描述引力场的真实动力学？
• RQ3 为何现代对致密双星系统的后牛顿处理仍将其视为物理实在，尽管其具有参考系依赖性？
• RQ4 广义相对论中是否存在一致的引力波生成机制？
• RQ5 线性化引力中的能量-动量张量具有何种物理地位？为何其无法代表真实的物理作用力？

主要发现

• 广义相对论的线性近似产生一个在坐标变换下消失的伪张量能量-动量，表明其并非物理真实。
• 引力作用仅在近似超越线性阶段时才出现，如爱因斯坦-英菲尔德-霍夫曼方法所证明。
• 通常被解释为引力波的辐射项可通过合适坐标选择消除，证明其非物理性，仅为规范效应。
• 现代引力波探测所采用的第三后牛顿阶运动方程（如 Itoh 和 Futamase 的研究）具有参考系依赖性，不反映物理现实。
• 在线性化广义相对论中，不存在非平凡且规范不变的引力能量-动量张量，从而动摇了引力波的物理基础。
• Weyl（1944）与 Levi-Civita（1917）的理论结果确认引力波并非物理真实，此事实却在现代天体物理学中被广泛忽视。