Teoria grawitacji Whiteheada

W fizyce teoretycznej teoria grawitacji Whiteheada została wprowadzona przez matematyka i filozofa Alfreda North Whiteheada w 1922 roku. Chociaż nigdy nie została powszechnie zaakceptowana, kiedyś była naukowo wiarygodną alternatywą dla ogólnej teorii względności . Jednak po dalszych rozważaniach eksperymentalnych i teoretycznych teoria ta jest obecnie powszechnie 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 na to, co nazwał „potencjalnym impetem” jednej cząstki spowodowanej inną, które zmodyfikowało prawo powszechnego ciążenia Newtona , włączając opóźnienie czasowe propagacji wpływów grawitacyjnych. Wzór Whiteheada na potencjalny impet obejmuje metrykę Minkowskiego , która służy do określania, które zdarzenia są powiązane przyczynowo i do obliczania, w jaki sposób wpływy grawitacyjne są opóźniane przez odległość. Potencjalny impuls obliczony za pomocą metryki Minkowskiego jest następnie wykorzystywany do obliczenia fizycznej metryki czasoprzestrzennej ${\ Displaystyle g _ {\ mu \ nu}}$ , a ruch cząstki testowej jest określony przez geodezję w odniesieniu do metryki ${\ Displaystyle g_ {\ mu \ nu}}$ . W przeciwieństwie do równań pola Einsteina , teoria Whiteheada jest liniowa , ponieważ superpozycja dwóch rozwiązań jest ponownie rozwiązaniem. Oznacza to, że teorie Einsteina i Whiteheada na ogół przewidują różne przewidywania, gdy w grę wchodzą więcej niż dwa masywne ciała.

Zgodnie z notacją Chianga i Hamity'ego, wprowadź czasoprzestrzeń Minkowskiego z ${\ Displaystyle \ eta _ {ab} = \ operatorname {diag} (1, -1, -1, -1)}$ metrycznym $,$ gdzie indeksy od 0 do 3 i niech masy zestawu cząstek grawitacyjnych będą $Displaystyle m_ {A}}$ .

Długość łuku Minkowskiego cząstki

\ tau _ {A}}

oznaczona przez

displaystyle

.

\ displaystyle \ chi ^ {a}}

zdarzenie ze współrzędnymi

{

. Zdarzenie opóźnione

A}}

na linii świata cząstki jest zdefiniowane przez

p

displaystyle

relacje

{\ Displaystyle (y_ {A} ^ {a} = \ chi ^ {a} - \ chi _ {A} ^ {a},y_{A}^{a}y_{Aa}=0,y_{A}^{0}>0)}

. Jednostkowy wektor

re

wynosi

{\ Displaystyle \ lambda _ {A} ^ {a} = (dx_ {A} ^ {a} / d \ tau _ {A}) p_ {A}}

. Potrzebujemy również niezmienników

lambda _ {Aa}}

. Następnie potencjał tensora grawitacyjnego jest definiowany przez

{\ 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.

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 czasowe 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 granica ustalona eksperymentalnie. Misner , Thorne a podręcznik Wheelera Gravitation stwierdza , że Will wykazał, że „teoria Whiteheada przewiduje zależność odpływów i odpływów oceanu w czasie, której całkowicie zaprzecza codzienne doświadczenie”.

Fowler argumentował, że różne prognozy pływów można uzyskać za pomocą bardziej realistycznego modelu galaktyki. 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 czasoprzestrzennej dla ogólnego systemu grawitacyjnego” i potwierdzili obliczenia Willa inną metodą. W 1989 roku zaproponowano modyfikację teorii Whiteheada, która wyeliminowała nieobserwowane efekty pływów gwiazdowych. Jednak zmodyfikowana teoria nie dopuszczała istnienia czarnych dziur .

Subrahmanyan Chandrasekhar napisał: „Filozoficzna przenikliwość Whiteheada nie przysłużyła mu się dobrze w jego krytyce Einsteina”.

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 rozchodzą się wzdłuż geodezji zerowej fizycznej czasoprzestrzeni (zgodnie z definicją metryki określonej na podstawie pomiarów geometrycznych i eksperymentów czasowych) , podczas gdy fale grawitacyjne rozchodzą się wzdłuż geodezji zerowej płaskiego tła reprezentowanego przez tensor metryczny Czasoprzestrzeń Minkowskiego . Potencjał grawitacyjny można wyrazić całkowicie za pomocą fal opóźnionych wzdłuż metryki tła, tak jak potencjał Liénarda-Wiecherta w teorii elektromagnetycznej.

Stałą kosmologiczną można wprowadzić, zmieniając metrykę tła na metrykę de Sittera lub anty-de Sittera . Po raz pierwszy zasugerował to G. Temple w 1923 r. Sugestie Temple'a, jak to zrobić, zostały skrytykowane przez CB Raynera w 1955 r.

Praca Willa została zakwestionowana przez Deana R. Fowlera, który argumentował, że prezentacja teorii Whiteheada przez Willa jest sprzeczna z filozofią przyrody Whiteheada. Dla Whiteheada geometryczna struktura natury wyrasta z relacji między tym, co nazwał „rzeczywistymi 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

Dalsza lektura

Will, Clifford M. (1993). Czy Einstein miał rację ?: testowanie ogólnej teorii względności (wyd. 2). Podstawowe książki . ISBN 978-0-465-09086-0 .