[论文解读] Gravity and the quantum vacuum inertia hypothesis. 1. Formalized groundwork for extension to gravity

Alfonso Rueda, B. M. Haisch+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2001

Relativity and Gravitational Theory参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文提出惯性源于基本粒子与电磁量子真空的相互作用，具体通过加速参考系中的伦德勒通量（Rindler flux）——一种相对论性辐射压效应。通过证明该量子真空惯性机制自然重现了惯性和引力质量的等价性，该研究为广义相对论中弱等效原理提供了物理基础。

ABSTRACT

It has been shown [1,2] that the electromagnetic quantum vacuum makes a contribution to the inertial mass, $m_i$, in the sense that at least part of the inertial force of opposition to acceleration, or inertia reaction force, springs from the electromagnetic quantum vacuum. As experienced in a Rindler constant acceleration frame the electromagnetic quantum vacuum mainfests an energy-momentum flux which we call the Rindler flux (RF). The RF, and its relative, Unruh-Davies radiation, both stem from event-horizon effects in accelerating reference frames. The force of radiation pressure produced by the RF proves to be proportional to the acceleration of the reference frame, which leads to the hypothesis that at least part of the inertia of an object should be due to the interaction of its quarks and electrons with the RF. We demonstrate that this quantum vacuum inertia hypothesis is consistent with general relativity (GR) and that it answers a fundamental question left open within GR, viz. is there a physical mechanism that generates the reaction force known as weight when a specific non-geodesic motion is imposed on an object? The quantum vacuum inertia hypothesis provides such a mechanism, since by assuming the Einstein principle of local Lorentz-invariance (LLI), we can immediately show that the same RF arises due to curved spacetime geometry as for acceleration in flat spactime. Thus the previously derived expression for the inertial mass contribution from the electromagnetic quantum vacuum field is exactly equal to the corresponding contribution to the gravitational mass, $m_g$. Therefore, within the electromagnetic quantum vacuum viewpoint proposed in [1,2], the Newtonian weak equivalence principle, $m_i=m_g$, ensues in a straightforward manner.

研究动机与目标

• 在广义相对论的几何假设之外，建立惯性的物理机制。
• 解决物体被阻止沿测地线运动时产生反作用力（即重量）的未解之谜。
• 证明量子真空对惯性质量的贡献等于其对引力质量的贡献，从而为弱等效原理提供依据。

提出的方法

• 将伦德勒通量（RF）形式化为加速参考系中的能量-动量通量。
• 应用爱因斯坦的局部洛伦兹不变性原理，将RF从平直时空推广至弯曲时空。
• 从RF推导出辐射压强力，并证明其与加速度成正比。
• 利用RF将惯性反作用力建模为源于量子真空相互作用的结果。
• 在相同物理假设下，比较量子真空对惯性质量与对引力质量的贡献。
• 证明这些贡献的相等性可直接导出弱等效原理。

实验结果

研究问题

• RQ1 当物体被阻止沿时空测地线运动时，产生已知为重量的反作用力的物理机制是什么？
• RQ2 电磁量子真空如何在加速参考系中贡献于惯性的起源？
• RQ3 惯性质量与引力质量的等价性能否从基于量子真空的机制中推导得出，而非作为假设提出？
• RQ4 由于引力引起的弯曲时空中的伦德勒通量是否在加速参考系中存在直接类比？
• RQ5 量子真空在惯性中的作用是否与广义相对论原理一致？

主要发现

• 由加速参考系中事件视界效应产生的伦德勒通量，产生与加速度成正比的辐射压强力。
• 该力为惯性反作用力提供了物理起源，解释了惯性是量子真空相互作用的结果。
• 在局部洛伦兹不变性假设下，相同伦德勒通量在弯曲时空与平直时空中均出现，从而将加速度与引力联系起来。
• 电磁量子真空对惯性质量的贡献，恰好等于其对引力质量的贡献。
• 这些贡献的相等性可直接导出牛顿形式的弱等效原理，$ m_i = m_g $，无需额外假设。
• 量子真空惯性假说与广义相对论完全一致，并为非测地线运动中原本无法解释的反作用力提供了机制。