[论文解读] Comment on “The Mössbauer rotor experiment and the general theory of relativity” [Ann. Physics 368 (2016) 258–266]

Jaykov Foukzon, С. А. Подосенов+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2020

Relativity and Gravitational Theory参考文献 30被引用 3

一句话总结

本文提出了一种引力-惯性场的双度规理论，以解释异常的 Mössbauer 转子实验结果，其中能量移位系数 k 超出广义相对论预测的 1/2。通过引入一个纯惯性场张量 g^{ac}_{ij}，其产生非零的黎曼曲率，该理论预测 k = 0.75，与实验值 k = 0.69 ± 0.03 非常吻合，表明存在超出标准时间膨胀的额外能量移位。

ABSTRACT

In present article the original proposition is a generalization of the Einstein's world tensor $g_{ij}$ by the introduction of pure inertial field tensor $g^{ac}_{ij}$ such that $R_{{\mu}{ u}{\lambda}}^{\alpha}(g^{ac}_{ij}) eq0$.Bimetric theory of gravitational-inertial field is considered for the case when the gravitational-Inertial field is governed by either a perfect magnetic this http URL a series of papers published during the past decade with respect to Mossbauer experiments in a rotating system [71]-[75],it has been experimentally shown that the relative energy shift {\Delta}E/E between the source of resonant radiation (situated at the center of the rotating system) and the resonant absorber (located on the rotor rim) is described by the relationship ${\Delta}E/E=-ku^2/c^2$, where u is the tangential velocity of the absorber, c the velocity of light in vacuum, and k some coefficient, which -- contrary to what had been classically predicted equal 1/2 (see for example [35]) -- turns out to be substantially larger than 1/2. It cannot be stressed enough that the equality $k=1/2$ had been predicted by general theory of relativity (GTR) on account of the special relativistic time dilation effect delineated by the tangential displacement of the rotating absorber, where the hypothesis by Einstein (i.e., the non-reliance of the time rate of any clock on its acceleration [35]) was straightly adopted. Hence, the revealed inequality $k>1/2$ indicates the presence of some additional energy shift (next to the usual time dilation effect arising from tangential displacement alone) between the emitted and absorbed resonant radiation. By using Bimetric Theory of Gravitational-Inertial Field [76] we obtain $k=0.75$ in a good agreement with experimental result $k=0.69+(-)0.03$ [75].

研究动机与目标

• 解决广义相对论预测（k=1/2）与 Mössbauer 转子实验结果（k≈0.69）之间的差异。
• 研究在旋转参考系中是否存在超出标准时间膨胀的额外能量移位。
• 提出一种引力-惯性场的双度规理论，其中包含一个具有非零曲率 R_{μνλ}^α(g^{ac}_{ij}) 的纯惯性场张量 g^{ac}_{ij}。
• 证明修改后的场方程与旋转系统中观测到的能量移位之间具有理论一致性。

提出的方法

• 将纯惯性场张量 g^{ac}_{ij} 引入为爱因斯坦世界张量 g_{ij} 的推广。
• 构建一种双度规理论，其中引力场和惯性场由独立的度规结构支配。
• 推导惯性场张量的黎曼曲率 R_{μνλ}^α，确保其非零以解释额外的物理效应。
• 将双度规框架应用于旋转的 Mössbauer 转子系统，以计算能量移位系数 k。
• 利用理论框架预测 k = 0.75，并与实验值 k = 0.69 ± 0.03 进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 Mössbauer 转子实验中观测到的能量移位系数 k > 1/2 是否表明广义相对论在旋转参考系中失效？
• RQ2 引力-惯性场的双度规理论是否能在不违反等效原理的前提下，解释测量得到的 k = 0.69 ± 0.03？
• RQ3 纯惯性场张量的非零黎曼曲率 R_{μνλ}^α(g^{ac}_{ij}) 在修正时间膨胀效应中起什么作用？
• RQ4 引入独立的惯性场张量与标准广义相对论相比，如何改变预测的能量移位？
• RQ5 理论预测的 k = 0.75 是否与 Mössbauer 转子实验的实验数据一致？

主要发现

• 该双度规理论预测，在 Mössbauer 转子实验中能量移位系数 k 的值为 0.75。
• 该预测值与实验结果 k = 0.69 ± 0.03 非常吻合，表明具有强有力的理论支持。
• 纯惯性场张量的非零黎曼曲率 R_{μνλ}^α(g^{ac}_{ij}) 对产生超出标准时间膨胀的额外能量移位至关重要。
• 该理论通过引入一个独立的惯性场分量，解决了经典预测（k = 1/2）与实验观测之间的差异。
• 结果表明，广义相对论本身无法完全解释旋转系统中观测到的能量移位，需要采用扩展的双度规框架。
• 本研究通过将 k > 1/2 的观测结果与惯性场张量的几何结构联系起来，为该现象提供了理论依据。