Teoria grawitacji Whiteheada - Whitehead's theory of gravitation

W fizyce teoretycznej , Whiteheada teoria grawitacji została wprowadzona przez matematyk i filozof Alfred North Whitehead w 1922. Chociaż nigdy szeroko przyjęte, w tym samym czasie było to naukowo wiarygodna alternatywa dla ogólnej teorii względności . Jednak po dalszych rozważaniach eksperymentalnych i teoretycznych teoria ta jest obecnie ogólnie uważana za przestarzałą.

Główne cechy

Whitehead rozwinął swoją teorię grawitacji, rozważając, w jaki sposób na linię świata cząstki wpływają linie pobliskich cząstek. Doszedł do wyrażenia tego, co nazwał „potencjalnym impulsem” jednej cząstki spowodowanej przez inną, co zmodyfikowało prawo powszechnej grawitacji Newtona poprzez uwzględnienie opóźnienia czasowego propagacji wpływów grawitacyjnych. Wzór Whiteheada na potencjalny bodziec obejmuje metrykę Minkowskiego , która służy do określania, które zdarzenia są powiązane przyczynowo, oraz do obliczania, jak wpływy grawitacyjne są opóźniane przez odległość. Potencjalny impuls obliczony za pomocą metryki Minkowskiego jest następnie używany do obliczenia fizycznej metryki czasoprzestrzeni , a ruch badanej cząstki jest określany przez geodezę względem metryki . W przeciwieństwie do równań pola Einsteina , teoria Whiteheada jest liniowa , ponieważ superpozycja dwóch rozwiązań jest ponownie rozwiązaniem. Oznacza to, że teorie Einsteina i Whiteheada będą generalnie dokonywać różnych przewidywań, gdy w grę wchodzą więcej niż dwa masywne ciała. ${\ displaystyle g _ {\ mu \ nu}}$${\ displaystyle g _ {\ mu \ nu}}$

Podążając za zapisem Czang i Hamity, wprowadź czasoprzestrzeń Minkowskiego z tensorem metrycznym , gdzie indeksy biegną od 0 do 3 i niech masy zbioru grawitujących cząstek będą . ${\ Displaystyle \ eta _ {ab} = \ operatorname {diag} (1, -1, -1, -1)}$${\ displaystyle a, b}$${\ displaystyle m_ {a}}$

Długość łuku Minkowskiego cząstki jest oznaczona przez . Rozważ wydarzenie ze współrzędnymi . Opóźnione zdarzenie ze współrzędnymi na linii świata cząstki jest określone przez relacje . Jednostkowy wektor styczny w jest . Potrzebujemy również niezmienników . Następnie potencjał tensora grawitacyjnego jest definiowany przez ${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ tau _ {A}}$${\ displaystyle p}$${\ displaystyle \ chi ^ {a}}$${\ displaystyle p_ {A}}$${\ displaystyle \ chi _ {A} ^ {a}}$${\ displaystyle A}$${\ Displaystyle (y_ {A} ^ {a} = \ chi ^ {a} - \ chi _ {A} ^ {a}, y_ {A} ^ {a} y_ {Aa} = 0, y_ {A} ^ {0}> 0)}$${\ displaystyle p_ {A}}$${\ Displaystyle \ lambda _ {A} ^ {a} = (dx_ {A} ^ {a} / d \ tau _ {A}) p_ {A}}$${\ Displaystyle w_ {A} = y_ {A} ^ {a} \ lambda _ {Aa}}$

${\ displaystyle g_ {ab} = \ eta _ {ab} -h_ {ab},}$

gdzie

${\ displaystyle h_ {ab} = 2 \ suma _ {A} {\ frac {m_ {A}} {w_ {A} ^ {3}}} y_ {aa} y_ {ab}.}$

Jest to metryka, która pojawia się w równaniu geodezyjnym. ${\ displaystyle g}$

Testy eksperymentalne

Teoria Whiteheada jest równoważna z metryką Schwarzschilda i zawiera te same przewidywania co ogólna teoria względności w odniesieniu do czterech klasycznych testów układu słonecznego ( grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni , zginanie światła, przesunięcie peryhelium , opóźnienie Shapiro ) i została uznana za realnego konkurenta ogólnej teorii względności dla kilka dekad. W 1971 roku Will argumentował, że teoria Whiteheada przewiduje okresowe zmiany lokalnego przyspieszenia grawitacyjnego 200 razy dłuższe niż ustalono eksperymentalnie. W podręczniku Misnera , Thorne'a i Wheelera Gravitation stwierdza się, że Will wykazał „Teoria Whiteheada przewiduje zależność odpływów i odpływów oceanów od czasu, której całkowicie zaprzecza codzienne doświadczenie”.

Fowler argumentował, że bardziej realistyczny model galaktyki pozwala uzyskać różne prognozy pływów. Reinhardt i Rosenblum twierdzili, że obalenie teorii Whiteheada przez efekty pływowe było „bezpodstawne”. Chiang i Hamity argumentowali, że podejście Reinhardta i Rosenbluma „nie zapewnia unikalnej geometrii czasoprzestrzeni dla ogólnego układu grawitacyjnego” i potwierdzili obliczenia Willa inną metodą. W 1989 roku zaproponowano modyfikację teorii Whiteheada, która wyeliminowała nieobserwowane efekty uboczne przypływu. Jednak zmodyfikowana teoria nie pozwoliła na istnienie czarnych dziur .

Spory filozoficzne

Clifford M. Will argumentował, że teoria Whiteheada zawiera wcześniejszą geometrię. Zgodnie z prezentacją Willa (która została zainspirowana interpretacją teorii Johna Lightona Synge'a ), teoria Whiteheada ma ciekawą cechę, że fale elektromagnetyczne propagują się wzdłuż zerowej geodezji fizycznej czasoprzestrzeni (określonej przez metrykę określoną na podstawie pomiarów geometrycznych i eksperymentów czasowych) natomiast fale grawitacyjne rozchodzą się wzdłuż zerowej geodezji płaskiego tła reprezentowanego przez metryczny tensor czasoprzestrzeni Minkowskiego . Potencjał grawitacyjny można w całości wyrazić w postaci fal opóźnionych wzdłuż metryki tła, podobnie jak potencjał Liénarda – Wiecherta w teorii elektromagnetycznej.

Stała kosmologiczna może być wprowadzone poprzez zmianę tła metryczny do de Sitter lub anty-de Sitter metrykę. Po raz pierwszy zasugerował to G. Temple w 1923 roku. Sugestie Temple, jak to zrobić, zostały skrytykowane przez CB Raynera w 1955 roku.

Dzieło Willa zostało zakwestionowane przez Dean R. Fowler , który argumentował, że prezentacja teorii Whiteheada przez Willa jest sprzeczna z filozofią przyrody Whiteheada. Według Whiteheada geometryczna struktura natury wyrasta z relacji zachodzących między tym, co nazwał „faktycznymi okazjami”. Fowler twierdził, że filozoficznie spójna interpretacja teorii Whiteheada czyni ją alternatywną, matematycznie równoważną prezentacją ogólnej teorii względności . Z kolei Jonathan Bain argumentował, że krytyka Willa przez Fowlera była błędna.

Zobacz też

• Klasyczne teorie grawitacji
• Współrzędne Eddington – Finkelstein

Bibliografia

Dalsza lektura

• Will, Clifford M. (1993). Czy Einstein miał rację ?: wystawianie ogólnej teorii względności na próbę (wyd. 2). Książki podstawowe . ISBN   978-0-465-09086-0 .