[论文解读] A flat space-time relativistic explanation for the perihelion advance of Mercury

Harihar Behera, P C Naik|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2003

Relativity and Gravitational Theory参考文献 14被引用 7

一句话总结

本文提出了一种基于相对论性矢量引力模型的平坦时空解释，用于说明水星近日点进动的异常现象，该模型受麦克斯韦-海维赛德理论启发，结合了引力的莱恩德-维切特定位势和引力托马斯进动。该理论在不依赖弯曲时空的前提下，精确复现了爱因斯坦广义相对论预测的每世纪42.98角秒的近日点进动，为相对论性引力效应提供了一个与狭义相对论相容的替代框架。

ABSTRACT

Starting with the flat space-time relativistic versions of Maxwell-Heaviside's toy model vector theory of gravity and introducing the gravitational analogues for the electromagnetic Lienard-Wiechert potentials together with the notion of a gravitational Thomas Precession; the observed anomalous perihelion advance of Mercury's orbit is here explained as a relativistic effect in flat (Minkowski) space-time, unlike Einstein's curved space-time relativistic explanation. In this new explanation for the old paradoxical observation of Mercury's perihelion shift, the predicted value of the effect happens to coincide with Einstein's predicted value in General relativity.

研究动机与目标

• 在平坦（闵可夫斯基）时空中提供水星近日点异常进动的相对论性解释，避免广义相对论中对弯曲时空的依赖。
• 探究狭义相对论与矢量引力模型相结合，是否能够解释传统上归因于广义相对论的相对论性轨道效应。
• 检验“麦克斯韦引力”类比模型作为相对论性引力框架的可行性，该框架与狭义相对论和实验数据保持一致。
• 探讨引力莱恩德-维切特定位势和引力托马斯进动在产生观测到的近日点进动中的作用。

提出的方法

• 采用从洛伦兹不变的牛顿引力重表述中导出的平坦时空相对论性矢量引力理论（麦克斯韦引力）。
• 引入电磁学中莱恩德-维切特定位势的引力类比，以建模运动质量产生的延迟引力场。
• 将引力托马斯进动作为加速参考系中自旋-轨道耦合引起的相对论性运动学效应纳入模型。
• 利用矢量引力模型中类似洛伦兹力的相对论性运动方程，计算轨道进动。
• 将该形式化方法应用于水星轨道，结合太阳质量、轨道参数及相对论修正，计算近日点进动。
• 将预测结果与爱因斯坦广义相对论的值进行比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否仅通过狭义相对论和平坦时空的矢量引力模型，即可解释水星近日点异常进动？
• RQ2 引力莱恩德-维切特定位势在产生行星轨道的相对论性修正中起什么作用？
• RQ3 在平坦时空框架下，引力托马斯进动如何贡献于近日点进动？
• RQ4 麦克斯韦引力模型是否能复现广义相对论预测的每世纪42.98角秒的进动？
• RQ5 观测到的近日点进动是否与一种基于狭义相对论、避免时空弯曲的引力理论相容？

主要发现

• 基于麦克斯韦引力的平坦时空相对论性模型，对水星预测的近日点进动为每世纪42.98角秒，与爱因斯坦广义相对论的预测完全一致。
• 自旋-轨道耦合项（L·S）带来的额外相对论性修正效应极小，量级约为10^-10，当前观测无法检测。
• 引力莱恩德-维切特定位势与引力托马斯进动共同作用，可在无时空弯曲的前提下解释全部相对论性进动。
• 该模型表明，利用矢量势形式化，相对论性引力效应可在狭义相对论框架内一致描述。
• 结果支持如下观点：只要使用正确的相对论性场方程，狭义相对论可描述超越电磁学的引力动力学。
• 该理论与水星轨道的实验数据保持一致，表明平坦时空形式化可能为某些现象提供广义相对论的可行替代方案。