重力磁性

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重力磁性gravitomagnetismgravitoelectromagnetism, GEM)與電磁學中的磁性並無直接關聯,它指得是重力引力, gravity)的相伴場。這個稱呼來自於其與電磁學的類比性:旋轉的電荷除了原先即有的電場外,還會產生磁場;當質量旋轉時,除了原先即有的重力場外,還會出現重力磁場。這是廣義相對論中自然而然的預測,其中最簡單形式的重力磁性效應常被稱為參考系拖曳frame dragging)。

引力磁性在1893年由Oliver Heaviside對牛頓力學拓展時發展出來,早於廣義相對論出現之前,其後使用廣義相對論發展出來的引力磁性理論,只與1893年的版本相差幾個變數,基礎框架依然沿用。

引力磁性實際並沒有任何確鑿的實驗數據支撐理論正確性,然而它卻是被錯誤地引用為支持民間許多偽科學的根據,也是對愛因斯坦與霍金的科學神話宣傳運動的支持者最常引用的錯誤根據之一,非專業的科普盲信者使用引力磁性理論製造了科學界許多的嚴重障礙,發言者通常對其內容的理解完全只是片面的,並且論述中絕大多數刻意忽略引力磁性毫無確切實驗證據,目前民間科普流傳使用引力磁性作為科學研究證據的說法,超過97%屬於含糊其詞或是誤導型學霸的性質,絕大多數不可信,實際的實驗研究計畫大約在2004年以後才真正撥款開始運作,過往只有零星的少數獨立研究,目前尚未有任何可信的結果出現。

由於沒有真實實驗佐證,依現代科學的標準,引力磁性尚不能列入科學的範疇內,只能被歸類於物理哲學的範圍,不屬於已經驗證的物理理論,是目前科學研究中最嚴重的誤用誤區之一。參考系拖曳則有相對較嚴謹的推導及實驗驗證,可信度相當高。

背景[编辑]

This approximate reformulation of gravitation as described by general relativity in the weak field limit makes an apparent field appear in a frame of reference different from that of a freely moving inertial body. This apparent field may be described by two components that act respectively like the electric and magnetic fields of electromagnetism, and by analogy these are called the gravitoelectric and gravitomagnetic fields, since these arise in the same way around a mass that a moving electric charge is the source of electric and magnetic fields. The main consequence of the gravitomagnetic field, or velocity-dependent acceleration, is that a moving object near a rotating massive object will experience acceleration not predicted by a purely Newtonian (gravitoelectric) gravity field. More subtle predictions, such as induced rotation of a falling object and precession of a spinning object are among the last basic predictions of general relativity to be directly tested.

間接檢驗引力磁性效應曾經使用相對論性噴流作為分析基準。Roger Penrose曾經提出參考系拖曳機制將能量與動能由黑洞中拉出。佛羅里達大學的Reva Kay Williams則發展了一系列堅實的數學證明來展示參考系拖曳效應在觀測上對高能波霎亮度及活動星系核上的數據ㄆ匹配,the collimated jets about their polar axis; and the asymmetrical jets (relative to the orbital plane).[5] All of those observed properties could be explained in terms of gravitomagnetic effects.[6] Williams’ application of Penrose's mechanism can be applied to black holes of any size.[7] Relativistic jets can serve as the largest and brightest form of validations for gravitomagnetism.

史丹佛大學一群研究人員目前正分析首批由Gravity Probe B針對引力磁性的實驗數據,用以檢驗引力磁性的實驗數據是否與理論吻合。阿帕契點天文台月地雷射測距站(APOLLO)也正在計畫觀測引力磁性效應。目前的數據僅顯示類似於引力磁性的效應確實存在,但與引力磁性理論的描述層級上有相當大的差距,吻合度並不太高,某些量子引力理論的自然推導結論完全可以補償並巧妙完善地說明觀測到的數據,可以完全不使用引力磁性理論來說明觀測數據。

數學形式[编辑]

類似麥克斯韋方程組\mathbf{E}用以表示重力場\mathbf{B}即為重力磁場G\,重力常數,c是真空中光速\rho\,\mathbf{J}分別為質量密度(純量)與質流密度(向量):

 \nabla \cdot \mathbf{E} = -4 \pi G \rho \
 \nabla \cdot \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right) = 0 \
 \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{1}{c} \frac{\partial \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right)} {\partial t} \
 \nabla \times \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right) = \frac{1}{c} \left( -4 \pi G \mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} \right) = \frac{1}{c} \left( -4 \pi G \rho \mathbf{v}_{\rho} + \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} \right) \

參考文獻[编辑]