[论文解读] Ether theory of gravitation: why and how?

Mayeul Arminjon|ArXiv.org|Jan 7, 2004

Relativity and Gravitational Theory参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出了一种标量以太引力理论，将引力视为非均匀介质中的压强力，保留了优选惯性参考系并导致洛伦兹对称性破缺。该理论推导出一个完整的理论体系，涵盖宇宙学、电磁学和量子力学的联系，预测在点粒子极限下存在内部结构效应——违反弱等效原理——同时在光线和引力辐射的后牛顿效应上与标准理论一致。

ABSTRACT

Gravitation might make a preferred frame appear, and with it a clear space/time separation--the latter being, a priori, needed by quantum mechanics (QM) in curved space-time. Several models of gravitation with an ether are discussed: they assume metrical effects in an heterogeneous ether and/or a Lorentz-symmetry breaking. One scalar model, starting from a semi-heuristic view of gravity as a pressure force, is detailed. It has been developed to a complete theory including continuum dynamics, cosmology, and links with electromagnetism and QM. To test the theory, an asymptotic scheme of post-Newtonian approximation has been built. That version of the theory which is discussed here predicts an internal-structure effect, even at the point-particle limit. The same might happen also in general relativity (GR) in some gauges, if one would use a similar scheme. Adjusting the equations of planetary motion on an ephemeris leaves a residual difference with it; one should adjust the equations using primary observations. The same effects on light rays are predicted as with GR, and a similar energy loss applies to binary pulsars.

研究动机与目标

• 构建一个完整且自洽的标量以太引力理论，调和引力与量子力学及电磁学的关系。
• 解决广义相对论缺乏优选参考系与量子力学需要优选空间/时间分离之间的不兼容性。
• 通过天体物理和宇宙学观测检验该理论，尤其关注天体力学与引力波辐射。
• 探讨非牛顿点粒子极限的含义，包括可能违反弱等效原理的可能性。
• 建立标量引力场与量子理论中哈密顿-波对应关系的联系。

提出的方法

• 将引力表述为标量以太中的压强力，导出具有各向异性空间分量和优选惯性参考系的度规。
• 推导标量引力势的场方程，并通过弯曲时空中的修正牛顿第二定律将其耦合至连续介质动力学。
• 构建渐近后牛顿近似方案，推导质心（EMMCs）的运动方程，以与星历表进行比较。
• 将理论应用于球对称引力坍缩、光线偏转及均匀宇宙学模型，预测宇宙加速膨胀。
• 将标量场与引力场中的麦克斯韦方程联系起来，并从波动力学推导出克莱因-戈尔登方程，建立哈密顿-波对应关系。
• 将该方法推广至狄拉克方程，从经典哈密顿力学推导出引力场中的引力狄拉克方程。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一种标量以太引力理论，使其在保持优选惯性参考系的同时重现标准相对论效应？
• RQ2 该理论的点粒子极限是否因内部结构效应而违反弱等效原理？与广义相对论相比有何差异？
• RQ3 该理论如何预测光线轨迹与引力辐射的动力学行为？能否与双星脉冲星观测数据一致？
• RQ4 标量引力场能否通过哈密顿-波对应关系与克莱因-戈尔登方程一致地联系到量子力学？
• RQ5 该理论是否能在不引入暗能量或额外参数的情况下预测宇宙加速膨胀？

主要发现

• 由于内部结构效应，该理论在点粒子极限下预测弱等效原理被破坏，且即使将物体视为点粒子，该效应依然存在。
• 渐近后牛顿近似方案导出的运动方程与标准EIH类方程存在差异，在与太阳系星历表对比时仍存在残余不匹配。
• 该理论预测的光线偏转和引力波能量损失与广义相对论一致，尤其在协变规范下，表明与双星脉冲星数据具有兼容性。
• 该理论中的均匀宇宙学模型预测宇宙加速膨胀，无需引入暗能量或额外参数。
• 该理论预测在时变引力场中存在物质的产生与湮灭，这是一种广义相对论中不存在的新物理效应。
• 成功建立了标量引力场与克莱因-戈尔登方程之间的自洽联系，且该方法被扩展至从经典哈密顿力学推导出引力场中的狄拉克方程。