[论文解读] Time reversal and negative energies in general relativity

J. M. Ripalda|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 1999

Relativity and Gravitational Theory被引用 7

一句话总结

本文主张，在广义相对论中，能量的符号取决于观测者的四速度，而过去指向的四向量（时间反演物质）需要第二个度量张量才能实现自洽的动力学。该文提出，此类时间反演物质可自然解释暗能量与暗物质，而无需引入新粒子。

ABSTRACT

The significance of past-pointing four-vectors and negative energies in general relativity is discussed. The sign of the energy is not absolute, but relative to the four-velocity of the observer, and every particle/observer always measures its own mass as positive. It is shown that the description of the interaction of past-pointing and future-pointing matter in general relativity requires two metric tensors for self-consistency. This aspect of general relativity might account for the observations that led to the proposal of "dark energy" and non-baryonic "dark matter".

研究动机与目标

• 阐明广义相对论中过去指向四向量与负能量的物理意义。
• 解决标准广义相对论中未来指向与过去指向物质相互作用的不一致性问题。
• 提出一种双度量框架，使时间反演（过去指向）物质的动力学能够自洽。
• 探讨此类时间反演物质是否可解释归因于暗能量与暗物质的宇宙学观测现象。
• 将能量符号的解释重新定义为依赖于观测者而非绝对属性。

提出的方法

• 以四速度为参考系分析广义相对论中的能量符号，表明能量取决于观测者的相对性。
• 引入过去指向四向量的概念，将其解释为时间反演物质或反物质。
• 证明仅使用单一度量的广义相对论无法自洽地描述未来指向与过去指向物质之间的相互作用。
• 提出双度量形式化：一个度量用于未来指向物质，另一个度量用于过去指向物质，以确保一致性。
• 将该框架应用于宇宙学模型，评估其对暗能量与暗物质的启示。

实验结果

研究问题

• RQ1 在广义相对论中，能量的符号如何定义？它是绝对的还是相对的？
• RQ2 在广义相对论中包含过去指向（时间反演）物质会带来何种动力学后果？
• RQ3 能否仅使用一个度量构建未来指向与过去指向物质之间的一致相互作用理论？
• RQ4 包含时间反演物质是否能自然解释归因于暗能量与暗物质的观测效应？
• RQ5 度量的选择在定义此类物质的时空因果结构中起何种作用？

主要发现

• 粒子的能量并非内在为正或负，而是取决于测量它的观测者的四速度。
• 每位观测者均测量到自身静质量为正，即使其与过去指向物质发生相互作用。
• 对过去指向与未来指向物质之间相互作用的自洽描述需要两个不同的度量张量。
• 双度量框架避免了在单度量形式中引入时间反演物质时出现的不一致性。
• 该模型在不引入新基本粒子的前提下，提供了对暗能量与暗物质的几何解释。