[论文解读] On the LIGO-VIRGO search of coalescing-binary signals

A. Loinger, Tiziana Marsico|arXiv (Cornell University)|May 13, 2012

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 18被引用 3

一句话总结

本文通过论证LIGO-Virgo搜索中使用的后牛顿近似和数值相对论模型在坐标系选择下具有依赖性，且与物理波传播在数学上不一致，挑战了并合双星系统中引力波存在的可能性。文章认为，未检测到信号并非由于灵敏度限制，而是因为引力波在物理上并不存在：爱因斯坦场方程中的能量-动量平衡排除了净能量传递，使引力波仅是坐标选择的数学产物。

ABSTRACT

No signal of the arrive of gravitational waves has been recorded by LIGO-VIRGO laser-interferometric detectors during recent science runs. We give a theoretical explanation of this fact.

研究动机与目标

• 解释LIGO-Virgo S6和VSR2运行中未检测到引力波信号并非因灵敏度问题，而是引力波存在的根本性理论失败。
• 批判LIGO-Virgo中使用的后牛顿近似和基于模板的搜索方法，认为其具有坐标系依赖性且在物理上不一致。
• 论证能量-动量赝张量和引力场方程意味着无净能量传递，从而排除物理引力辐射的存在。
• 重新评估双星脉冲星轨道衰减的解释，提出其可能源于吸积而非引力波辐射。
• 倡导坤特（Kundt）关于磁星吸积引发伽马射线暴的替代模型，拒绝标准的引力波驱动并合机制。

提出的方法

• 在谐和坐标系中应用后牛顿近似，使用含源项 $ \tau^{\mu\nu} $ 的 $ h^\nu\beta $ 场方程，将赝张量 $ A^{\mu\nu} $ 作为引力能量-动量的表示。
• 分析爱因斯坦场方程形式 $ R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R = \kappa T_{\mu\nu} $，强调两边协变散度为零，暗示无能量传递。
• 应用爱因斯坦-因菲尔德-霍夫曼（EIH）微扰方法，表明通过坐标变换可消除辐射项，使运动方程恢复为牛顿形式。
• 应用列维-奇维塔定理：当 $ T_{\mu\nu} = 0 $ 时，引力张量 $ \left[R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R\right]/\kappa $ 也消失，从而排除物理波的存在。
• 论证 $ R_{\mu\nu} = 0 $ 的波动度规解具有坐标系依赖性，且因真实能量-动量为零而缺乏物理现实性。
• 将LIGO-Virgo的非探测结果重新解释为对物理引力波不可能性的理论确认，而非实验失败。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管进行了广泛搜索，为何LIGO-Virgo探测器仍未探测到并合双星系统的引力波？
• RQ2 如果引力波具有坐标系依赖性，LIGO-Virgo中使用的后牛顿近似和基于模板的搜索方法是否能在物理上成立？
• RQ3 爱因斯坦场方程中的能量-动量平衡是否排除了物理引力辐射的存在？
• RQ4 双星脉冲星（如PSR B1913+16）观测到的轨道衰减是否真正源于引力波辐射，还是可由吸积过程解释？
• RQ5 基于磁星吸积的坤特（Kundt）伽马射线暴模型是否比标准的引力波驱动并合模型更具一致性？

主要发现

• LIGO-Virgo中未检测到引力波并非因灵敏度不足，而是因为引力波在物理上不存在，这由爱因斯坦方程中的能量-动量平衡所证实。
• 赝张量 $ A^{\mu\nu} $ 常被解释为引力能量-动量，但在无物质情况下其值为零，意味着无净能量流，因此无物理波。
• 通过坐标变换可消除EIH展开中的所有辐射项，使运动方程退化为牛顿形式，证明引力辐射仅为坐标效应的产物。
• 满足 $ R_{\mu\nu} = 0 $ 但 $ R_{jklm} \neq 0 $ 的解具有坐标系依赖性，且因真实能量-动量张量为零而缺乏物理现实性。
• 爱因斯坦场方程强制物质与引力能量张量之间达到完美平衡，阻止任何净能量传递，从而排除物理引力辐射的存在。
• 本文结论认为，未来的历史学家可能将对引力波、黑洞以及以太的信念视为类似错误，原因在于对数学解的物理化解释存在相同的根本性缺陷。