[论文解读] What is general relativity silent on

Vesselin Petkov|arXiv (Cornell University)|May 18, 2000

Relativity and Gravitational Theory被引用 1

一句话总结

本文指出，广义相对论对作用于在引力场中被约束而无法沿测地线运动的物体（如静止在地球表面的粒子）上的力的本质保持沉默。通过结合引力场中光的各向异性传播与经典电磁质量理论，本文提出该力源于带电粒子内部的电磁自斥力，为非测地线运动中的反作用力提供了物理解释。

ABSTRACT

Gravitational field in general relativity is a manifestation of spacetime curvature and (unlike the electromagnetic field) is not a force field. A body falling toward the Earth is represented by a geodesic worldline which means that no force is acting on it. If a body is on the Earth’s surface, however, its worldline is no longer geodesic and it is subjected to a force. The nature of that force is an open question in general relativity. This paper pursues two aims- to bring forward that question and to outline an approach toward resolving it which was initiated by Fermi in 1921. General relativity provides a consistent no-force explanation of gravitational interaction of bodies following geodesic paths. However, it is silent on the nature of the force acting upon a body deviated from its geodesic path. Here we shall show that a corollary of general relativity- that the propagation of electromagnetic signals (for short light) in a gravitational field is anisotropic- in conjunction with the classical electromagnetic mass theory [1]-[6] sheds some light on the nature of that force in the case of charged particles. Consider a classical [7] electron at rest in the non-inertial reference frame Ng of an observer supported in the Earth’s gravitational field. Following Lorentz [4] and Abraham [5] we assume that the electron charge is uniformly distributed on a spherical shell. The repulsion of the charge elements of an electron in uniform

研究动机与目标

• 强调尽管广义相对论在描述测地线运动方面取得成功，但其并未解释作用于非自由落体物体上的力的物理起源。
• 研究经典电磁质量理论是否能为带电粒子在该情况下的这种力提供机制。
• 探讨引力场中光传播各向异性对理解惯性力与反作用力的启示。
• 复兴并拓展费米1921年解决非测地线运动中力的悖论的方法。

提出的方法

• 分析在非惯性参考系（如地球表面）中静止的带电粒子的世界线，与测地线运动进行对比。
• 应用光信号在引力场中各向异性传播的原理，该结论源自广义相对论。
• 结合经典电磁质量理论，假设电子为均匀带电的球壳模型。
• 计算球壳上电荷分布所产生的自斥电磁力，以模拟非测地线运动中的反作用力。
• 采用洛伦兹与亚伯拉罕的电磁质量公式，将内部电荷排斥力与观测到的力联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 作用于在引力场中被约束而无法沿测地线运动的物体上的力的物理起源是什么？
• RQ2 引力场中光传播的各向异性如何与惯性力或反作用力的产生相关？
• RQ3 经典电磁质量理论能否解释静止在引力场中的带电粒子所受的力？
• RQ4 费米1921年的方法在多大程度上为解决广义相对论中力的悖论提供了自洽的框架？

主要发现

• 在引力场中，非测地线运动的物体所受的力可能源于带电粒子内部的电磁自斥力，该力由经典电磁质量理论建模。
• 引力场中光传播的各向异性为非测地线运动中存在非零反作用力提供了几何约束。
• 均匀分布在球壳上的电荷所产生的自斥力为径向向外的力，可被解释为反作用力的起源。
• 该模型表明，地球表面静止物体所受的力并非引力所致，而是源于电荷分布动力学的电磁力。
• 该方法提供了一种与广义相对论几何框架一致的物理机制，解决了长期以来对反作用力本质的沉默。