[论文解读] General Relativity Problem of Mercury's Perihelion Advance Revisited

Anatoli Vankov|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2010

Relativity and Gravitational Theory参考文献 37被引用 10

一句话总结

本文对广义相对论预测水星近日点进动的结论提出批判性重评，认为其观测与理论基础均存在缺陷。文章质疑广义相对论中相对论性修正的有效性，声称该效应无法从数据中可靠提取，因方法论存在不足；并提出一种基于可变本征质量的替代理论，可消除奇点并避免重整化需求。

ABSTRACT

The work is devoted to the critical analysis of theoretical prediction and astronomical observation of GR effects, first of all, the Mercury's perihelion advance. In the first part, the methodological issues of observations are discussed including a practice of observations, a method of recognizing the relativistic properties of the effect and recovering it from bulk of raw data, a parametric observational model, and finally, methods of assessment of the effect value and statistical level of confidence. In the second part, the Mercury's perihelion advance and other theoretical problems are discussed in relationship with the GR physical foundations. Controversies in literature devoted to the GR tests are analyzed. The unified GR approach to particles and photons is discussed with the emphasis on the GR classical tests. Finally, the alternative theory of relativistic effect treatment is presented.

研究动机与目标

• 批判性评估广义相对论对水星近日点进动预测的观测确认方法论严谨性。
• 质疑广义相对论对径向减速与光线偏折预测的理论基础，认为其缺乏物理一致性。
• 揭示现代星历表中参数化后牛顿（PPN）形式化方法的缺陷，该方法引入了不可控的偏移。
• 提出一种基于可变本征质量与场致波传播的替代相对论理论，以解决奇点与重整化问题。
• 主张广义相对论近日点进动的所谓实证确认在统计学与理论上均无充分依据。

提出的方法

• 分析历史与现代观测技术，强调从经典摄动与进动中分离出微小相对论效应的困难。
• 批判星历表中通过统计拟合来匹配爱因斯坦预测值的做法，因其缺乏严格误差处理，故属非实证性。
• 应用福克（Fock）的分析表明，广义相对论中光传播的项属于高阶小量，应被忽略，这与标准广义相对论处理方式相矛盾。
• 提出一种修正的相对论框架，其中本征质量非恒定，从而消除引力与电磁势的发散。
• 引入一种场论模型，将空间视为电磁波与德布罗意波的光学介质，实现与量子理论兼容的相对论性引力。
• 推导出一种含可变质量因子的修正径向下落方程：$\beta(r) = \left[1 - (1/\gamma_0^2)\exp(-2r_g/r)\right]^{1/2}$，取代标准广义相对论表达式。

实验结果

研究问题

• RQ1 考虑到经典摄动带来的噪声，从天文观测中能在多大程度上可靠地提取水星的相对论性近日点进动？
• RQ2 根据福克分析与本研究结果，为何标准广义相对论对径向自由下落与光线偏折的处理无法保持物理一致性？
• RQ3 能否在不使用人为重整化程序的前提下，解决引力与电磁势的发散问题？
• RQ4 在相对论力学中引入可变本征质量，对广义相对论基础及其经典检验意味着什么？
• RQ5 当前对广义相对论近日点进动的实证确认在统计学与理论上是否成立，还是基于循环拟合与未经控制的模型调整？

主要发现

• 由于方法论缺陷，从星历表中无法可靠提取观测到的近日点进动，当前精度仍停留在勒维耶时代的水平。
• 广义相对论对自由下落中径向减速的预测缺乏物理意义，且可能错误，这由场方程中的不一致性所揭示。
• 负责光线偏折的广义相对论项属于高阶小量，应被忽略，这与标准广义相对论处理方式相矛盾。
• 该理论的替代形式通过引入可变本征质量，消除了引力与电磁势的发散，解决了长期存在的重整化问题。
• 所提理论能够解释所有经典广义相对论检验，否认黑洞的存在，并提出新且可实际验证的预测。
• 所谓广义相对论近日点进动的实证确认在理论与实证上均无依据，因其依赖未经控制的拟合而非严格的统计验证。