중력 자성

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1. 개요
2. 정의
- 2.1. 중력전자기 방정식
- 2.2. 전자기학과의 비교
3. 역사 및 실험
- 3.1. 상대론적 제트
- 3.2. 중력 탐사선 B (GP-B)
4. 천체의 중력자기장
- 4.1. 지구
- 4.2. 펄서
5. 고차 효과
6. 한계
참조

1. 개요

중력 자성은 일반 상대성 이론에서 회전하는 물체에 의해 생성된 중력장이 특정 조건에서 고전 전자기학의 자기장과 유사하게 묘사될 수 있는 현상이다. 중력 자성은 중력 전기 퍼텐셜과 중력 자기 퍼텐셜을 사용하여 설명되며, 중력 전기장과 중력 자기장으로 구성된 중력 전자기장 방정식을 따른다. 이 방정식은 전자기학의 맥스웰 방정식과 유사하지만, 몇 가지 중요한 차이점이 있다. 중력 자성은 상대론적 제트의 분석과 중력 탐사선 B 위성 실험을 통해 간접적으로 또는 직접적으로 검증하려는 시도가 이루어지고 있다. 중력 자성은 천체의 중력 자기장을 이해하는 데 중요한 역할을 하며, 지구, 펄서와 같은 천체에서 관측된다. 중력 자성은 로렌츠 변환에 불변이 아니라는 한계가 있으며, 강한 중력장에서는 정확하지 않을 수 있다.

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중력 자성
개요
분야	물리학
하위 분야	일반 상대성 이론, 전자기학
관련 개념	중력, 전자기력, 장 방정식
다른 이름	중력 전자기학
주요 내용
요약	중력장을 기술하기 위해 전자기학과 유사한 공식을 사용하는 접근 방식
설명	중력과 전자기력 사이의 유사성을 기반으로 함 중력장을 전기장과 자기장으로 분리하여 기술
응용	블랙홀 주변의 시공간 연구 중력파 연구 우주선 항법
역사 및 배경
초기 아이디어	올리버 헤비사이드의 중력-전자기 유사성 연구
발전	일반 상대성 이론의 약한 장 한계에서 유도 아인슈타인 장 방정식의 선형화
주요 기여자	올리버 헤비사이드 알베르트 아인슈타인
수학적 표현
중력 전기장	중력 가속도 (g)
중력 자기장	틀 끌림 효과와 관련된 장 (H)
장 방정식	맥스웰 방정식과 유사한 형태
힘의 법칙	로렌츠 힘과 유사한 형태
유사성 및 차이점
유사점	장의 개념 사용 쌍극자 모멘트 존재 파동의 전파
차이점	중력은 항상 인력 전자기력은 인력 및 척력 중력은 질량에 작용, 전자기력은 전하에 작용
관련 연구
틀 끌림 효과	회전하는 물체에 의해 시공간이 끌리는 현상
중력파	시공간의 떨림
블랙홀	강한 중력으로 인해 빛조차 탈출할 수 없는 천체
참고 문헌
논문	David Delphenich, Pre-metric electromagnetism as a path to unification (2015)
서적	O. Heaviside, Electromagnetic Theory: A Gravitational and Electromagnetic Analogy (1893)

2. 정의

일반 상대성 이론에 따르면 회전체의 (또는 임의의 회전하는 질량 에너지)에 의해 생성된 중력장이 특정 제한적인 경우에 고전 전자기에서 자기장과 같은 형태의 방정식에 의해 기술될 수 있으며, 이러한 현상을 '''중력 자성'''이라고 한다.

편의상 빛의 속력을 1로 놓자. 문헌마다 정의가 조금씩 다른 경우가 많은데, 여기서는 마시훈(Bahram Mashhoon^영어)의 정의를 따른다.^[19]

4차원 시공간의 계량 텐서가 민코프스키 공간에 가깝다고 가정한다.^[19]

: $ds^2=-(1-2\Phi)dt^2-4\mathbf A\cdot d\mathbf x\,dt+(1+2\Phi)d\mathbf x\cdot d\mathbf x$

여기서 $\Phi$ 와 $\mathbf A$ 를 각각 '''중력 전기 퍼텐셜'''(gravitoelectric potential^영어)과 '''중력 자기 퍼텐셜'''(gravitomagnetic potential^영어)이라고 한다. 이들은 각각 전위와 자기 퍼텐셜에 대응한다. 이들은 좌표 변환에 따라 다음과 같은 게이지 변환을 갖는다.

: $\Phi\to\Phi+\partial_t\alpha$

: $\mathbf A\to\mathbf A-2\nabla\alpha$

이로부터 전자기학과 유사하게 '''중력 전기장'''(gravitoelectric field^영어) $\mathbf E$ 와 '''중력 자기장'''(gravitomagnetic field^영어) $\mathbf B$ 를 다음과 같이 정의할 수 있다.

: $\mathbf E=-\nabla\Phi-\frac12\partial_t\mathbf A$

: $\mathbf B=\nabla\times\mathbf A$

이 중력 전자기장은 다음과 같은 '''중력 전자기 방정식'''(gravitoelectromagnetic equation^영어)을 만족시킨다.^[19]

: $\nabla\cdot\mathbf E=4\pi G\rho$

: $\nabla\cdot\mathbf B=0$

: $\nabla\times\mathbf E=-\frac12\partial_t\mathbf B$

: $\frac12\nabla\times\mathbf B=\partial_t\mathbf E+4\pi G\mathbf j$

여기서 $\rho$ 와 $\mathbf j$ 는 각각 질량 밀도와 운동량 밀도이며, 에너지-운동량 텐서의 성분 $T^{00}$ 과 $T^{0i}$ 와 같다. ''G''는 중력 상수이다.

중력 전자기장 속에, 질량 ''m'' 및 속도 $\mathbf v$ 의 입자가 받는 힘은 로런츠 힘에 해당한다.

: $\mathbf F=-m\mathbf E-2m\mathbf v\times \mathbf B$ .

일반 상대성 이론이 약한장 근사에서 설명하는 중력의 이 근사적 재형성은 자유롭게 움직이는 관성체의 것과는 다른 좌표계에 겉보기 장이 나타나게 한다. 이 겉보기 장은 전자기장의 전기장 및 자기장과 각각 유사하게 작용하는 두 가지 성분으로 설명할 수 있으며, 유사하게 이것들은 "중력전기"장 및 "중력자기"장이라고 불린다. 이는 움직이는 전하가 전기장과 자기장의 근원인 것과 같은 방식으로 질량 주위에서 발생하기 때문이다. "중력자기"장, 즉 속도 의존적 가속도의 주요 결과는 거대한 회전 물체 근처에서 움직이는 물체가 순수한 뉴턴 중력(중력전기)장에 의해 예측된 것과 다른 가속도를 경험한다는 것이다. 떨어지는 물체의 유도 회전 및 회전하는 물체의 세차 운동과 같은 보다 미묘한 예측은 일반 상대성 이론의 마지막 기본 예측 중 하나이며 직접적으로 테스트된다.

중력자기 효과의 간접적인 검증은 상대론적 제트의 분석에서 도출되었다. 로저 펜로즈는 회전하는 블랙홀에서 에너지와 운동량을 추출하기 위해 관성틀 끌림 관련 효과에 의존하는 메커니즘을 제안했다.^[3] 레바 케이 윌리엄스는 펜로즈 과정을 검증하는 엄격한 증명을 개발했다.^[4] 그녀의 모델은 렌즈-티어링 효과가 퀘이사 및 활동 은하핵의 관측된 고에너지와 광도, 극축 주위의 조준된 제트, 그리고 비대칭 제트(궤도면에 상대적)를 어떻게 설명할 수 있는지 보여주었다.^[5]^[6] 이러한 관측된 모든 특성은 중력자기 효과로 설명될 수 있다.^[7] 윌리엄스가 펜로즈의 메커니즘을 적용한 것은 어떤 크기의 블랙홀에도 적용할 수 있다.^[8] 상대론적 제트는 중력자성을 검증하는 가장 크고 밝은 형태가 될 수 있다.

스탠퍼드 대학교의 한 연구 그룹은 현재 중력자기 효과의 첫 번째 직접 테스트인 중력 탐사기 B 위성 실험의 데이터를 분석하여 중력자기와 일치하는지 확인하고 있다.^[9] 아파치 포인트 천문대 달 레이저 거리 측정 작전도 중력자기 효과를 관찰할 계획이다.

2. 1. 중력전자기 방정식

일반 상대성 이론에 따르면, 회전하는 물체(또는 임의의 회전하는 질량-에너지)에 의해 생성되는 중력장은 특정 제한적인 경우에 고전 전자기학의 맥스웰 방정식과 유사한 형태의 방정식으로 기술될 수 있다. 이러한 현상을 '''중력 자성'''이라고 하며, 이때 사용되는 방정식들을 '''중력전자기 방정식'''(GEM 방정식)이라고 부른다.^[19]^[11]^[12]

아인슈타인 방정식에서 약한 중력장 또는 상당히 평탄한 시공간을 가정하면, 전자기학의 맥스웰 방정식과 유사한 중력 아날로그, 즉 GEM 방정식을 유도할 수 있다. GEM 방정식에서 중력전기장('''E'''_g)과 중력자기장('''B'''_g)은 각각 전자기학의 전기장('''E''')과 자기장('''B''')에 대응된다.^[11]^[12]

GEM 방정식은 다음과 같다:^[11]^[12]

GEM 방정식	맥스웰 방정식
$\nabla \cdot \mathbf{E}_\text{g} = -4 \pi G \rho_\text{g} \$	$\nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0}$
$\nabla \cdot \mathbf{B}_\text{g} = 0 \$	$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0 \$
$\nabla \times \mathbf{E}_\text{g} + \frac{\partial \mathbf{B}_\text{g} } {\partial t} = 0$	$\nabla \times \mathbf{E} + \frac{\partial \mathbf{B} } {\partial t} = 0$
$\nabla \times \mathbf{B}_\text{g} - \frac{1}{c^2} \frac{\partial \mathbf{E}_\text{g}} {\partial t} = -\frac{4 \pi G}{c^2} \mathbf{J}_\text{g}$	$\nabla \times \mathbf{B} - \frac{1}{c^2} \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} = \frac{1}{\epsilon_0 c^2} \mathbf{J}$

여기서,

'''E'''_g는 중력 전기장 (전통적인 중력장) (m⋅s⁻²)
'''B'''_g는 중력 자기장 (s⁻¹)
''ρ''_g는 질량 밀도 (kg⋅m⁻³)
'''J'''_g는 질량 전류 밀도 또는 질량 플럭스 (kg⋅m⁻²⋅s⁻¹) ('''J'''_g = ''ρ''_g'''v'''_ρ, 여기서 '''v'''_ρ는 질량 흐름의 속도)
''G''는 중력 상수
''c''는 중력의 전파 속도 및 광속

마시훈(Bahram Mashhoon)의 정의에 따르면,^[19] 4차원 시공간의 계량 텐서가 민코프스키 공간에 가깝고, 중력 전기 퍼텐셜(gravitoelectric potential^영어) Φ와 중력 자기 퍼텐셜(gravitomagnetic potential^영어) '''A'''를 정의할 수 있다. 이들은 각각 전위와 자기 퍼텐셜에 대응되며, 다음과 같은 게이지 변환을 갖는다.^[19]

:

\Phi\to\Phi+\partial_t\alpha

:

\mathbf A\to\mathbf A-2\nabla\alpha

이로부터 중력 전기장 '''E'''와 중력 자기장 '''B'''는 다음과 같이 정의된다.^[19]

:

\mathbf E=-\nabla\Phi-\frac12\partial_t\mathbf A

:

\mathbf B=\nabla\times\mathbf A

GEM 방정식에서 질량 밀도(''ρ''_g)와 운동량 밀도('''J'''_g)는 각각 에너지-운동량 텐서의 성분

T^{00}

과

T^{0i}

에 해당하며, 중력전자기장의 근원 역할을 한다.^[19]

중력 전자기장 속에서 질량 ''m'' 및 속도 '''v'''의 입자가 받는 힘은 로런츠 힘에 해당하는 식으로 주어진다.^[11]^[12]

:

\mathbf F=-m\mathbf E-2m\mathbf v\times \mathbf B

.

GEM 포인팅 벡터는 다음과 같다.^[13]

:

\mathcal{S}_\text{g} = -\frac{c^2}{4 \pi G} \mathbf{E}_\text{g} \times 4 \mathbf{B}_\text{g}

2. 2. 전자기학과의 비교

중력 전자기 방정식은 전자기 방정식과 유사하지만, 몇 가지 중요한 차이점이 있다. 각 공식에서 자기 관련 항에는 전자기학에 비교하여 1/2 또는 2의 인자가 있는데, 이는 전자기장의 양자인 광자는 스핀이 1이지만, 중력장의 양자인 중력자의 스핀은 2이기 때문이다.^[14]

또한, 중력 전자기 방정식은 로런츠 변환에 불변이지 않다. 예를 들어, 질량 밀도

\rho=T^{00}

와 운동량 밀도

\mathbf j=T^{0i}

는 4차원 벡터를 이루지 않는다.

문헌에 따라 중력 전기장과 중력 자기장에 적용하는 스케일링이 달라 비교하기 어렵다. 예를 들어, Mashhoon의 저작물과 일치시키려면 중력 전자기 방정식에서 '''B'''_g의 모든 인스턴스에 −1/2c를 곱하고, '''E'''_g에 −1을 곱해야 한다. 이러한 인자들은 로런츠 힘 방정식의 유사체에 다양한 수정을 가한다. 모든 중력 전자기 및 전자기 방정식을 완벽하게 유사하게 만들 수 있는 스케일링은 없다.^[14]

이러한 불일치는 중력장의 근원이 2차 응력-에너지 텐서인 반면, 전자기장의 근원은 1차 사중 전류 텐서이기 때문에 발생한다. 이러한 차이점은 상대론적 질량의 불변성과 전기적 전하 불변성을 비교할 때 더 명확해진다. 이는 전자기학이 스핀-1장인 것과 대조적으로, 중력장이 스핀-2의 특성을 갖기 때문에 발생한다. ("스핀-1" 및 "스핀-2"장에 대한 자세한 내용은 ''상대론적 파동 방정식'' 참조).^[14]

3. 역사 및 실험

로저 펜로즈는 회전하는 블랙홀에서 에너지와 운동량을 추출하는 데 틀 끌림 메커니즘을 제안했다. 플로리다 대학교의 레바 케이 윌리엄스는 이 펜로즈 메커니즘을 검증하는 엄밀한 증명을 개발했다. 윌리엄스의 모델은 렌제-티링 효과(Lense–Thirring effect^영어)가 관측된 고에너지와 퀘이사의 발광, 그리고 활동적인 은하 핵과 그들의 축을 중심으로 시준된 제트 류 및 (궤도 평면에 상대적으로) 비대칭인 제트 류를 설명할 수 있었다.

관측된 특성 모두가 중력 자기 효과로 만들어졌다. 윌리엄스의 펜로즈 메커니즘 응용은 임의의 크기의 블랙홀에 적용할 수 있었다. 결과적으로 상대론적 제트 류는 중력 자성을 위한 가장 크고 가장 현명한 형태의 검증이 될 수 있다.

스탠퍼드 대학교의 한 그룹은 현재 GEM의 첫 직접 시험인 중력 탐사선 B(GP-B) 인공위성 실험에서 나온 자료를 분석하고 있다. GP-B에 따르면, 지구의 중력 자기장은 약 $\mathbf B\sim 10^{-14}\mathrm{rad}/\mathrm{s}$ 이다.

3. 1. 상대론적 제트

로저 펜로즈는 회전하는 블랙홀에서 에너지와 운동량을 추출하는 데 틀 끌림 메커니즘을 제안했다. 플로리다 대학교의 레바 케이 윌리엄스는 이 펜로즈 메커니즘을 검증하는 엄밀한 증명을 개발했다. 윌리엄스의 모델은 렌제-티링 효과가 관측된 고에너지와 퀘이사의 발광, 그리고 활동적인 은하 핵과 그들의 축을 중심으로 시준된 제트 류 및 (궤도 평면에 상대적으로) 비대칭인 제트 류를 설명할 수 있었다.

관측된 특성 모두가 중력 자기 효과로 만들어졌다. 윌리엄스의 펜로즈 메커니즘 응용은 임의의 크기의 블랙홀에 적용할 수 있었다. 결과적으로 상대론적 제트 류는 중력 자성을 위한 가장 크고 가장 현명한 형태의 검증이 될 수 있다.

3. 2. 중력 탐사선 B (GP-B)

스탠퍼드 대학교의 한 그룹은 현재 GEM의 첫 직접 시험인 중력 탐사선 B(GP-B) 인공위성 실험에서 나온 자료를 분석하고 있다. GP-B에 따르면, 지구의 중력 자기장은 약

\mathbf B\sim 10^{-14}\mathrm{rad}/\mathrm{s}

이다. 중력 자성 효과의 간접 검증은 상대론적 제트 류의 분석에서 유도되었다. 로저 펜로즈는 회전하는 블랙홀에서 추출하는 에너지와 운동량에 대해 틀 끌림 메커니즘을 제안하였다. 플로리다 대학의 레바 케이 윌리엄스는 펜로즈 메커니즘을 검증하는 엄밀한 증명을 개발하였다. 윌리엄스의 모델은 렌제-티링 효과(Lense–Thirring effect^영어)가 관측된 고에너지와 퀘이사의 발광 그리고 활동적인 은하 핵과 그들의 축을 중심으로 시준된 제트류 그리고 (궤도 평면에 상대적으로) 비대칭인 제트 류를 설명할 수 있었다.

4. 천체의 중력자기장

균일한 밀도 분포를 가진 회전하는 구형 물체는 정지된 중력 자기 포텐셜을 생성하며, 이는 다음과 같이 설명된다.^[16]

: $\nabla^2 \mathbf{A}_\text{g} = - \frac{4 \pi G}{c^2} \rho_g \mathbf{v}$

물체의 각속도 $\mathbf{\omega}$ 로 인해 물체 내부의 속도는 $\mathbf{v} = \mathbf{\omega} \times \mathbf{r}$ 로 설명될 수 있다. 따라서

: $\nabla^2 \mathbf{A}_\text{g} = - \frac{4 \pi G}{c^2} \rho_g \mathbf{\omega} \times \mathbf{r}$

중력 자기 포텐셜 $\mathbf{A}_\text{g}$ 을 얻기 위해 풀어야 한다. 물체 외부의 해석적인 해는 다음과 같다.

: $\mathbf{A}_{\text{g}} = - \frac{G}{2 c^2} \frac{\mathbf{L} \times \mathbf{r}}{r^3} \quad \text{with} \quad \mathbf{L} = \frac{2}{5} m R^2 \mathbf{\omega} \quad \text{or} \quad L=I_\text{ball} \omega= \frac{2 m R^2}{5} \frac{2 \pi}{T}\quad$

여기서:

$\mathbf{L}$ 은 각운동량 벡터이다.
$I_\text{ball} = \frac{2 m R^2}{5}$ 는 구형 물체의 관성 모멘트이다(''관성 모멘트 목록'' 참조).
$\omega \$ 는 각속도이다.
''m''은 질량이다.
''R''은 반지름이다.
''T''는 회전 주기이다.

이제 중력 자기장 '''B'''_g의 공식은 다음을 통해 얻을 수 있다.

:

\mathbf{B}_\text{g} = \nabla \times \mathbf{A}_\text{g} = \frac{G }{2 c^2} \frac{\mathbf{L} - 3(\mathbf{L} \cdot \mathbf{r}/r) \mathbf{r}/r}{r^3},

이는 렌즈-티어링 효과 속도의 정확히 절반이다. 이는 ''g''-factor의 중력 자기 유사체가 2임을 시사한다. 이 2라는 인수는 상대론적 계산을 고려하여 전자의 ''g''-factor와 완전히 유사하게 설명할 수 있다. 적도면에서 '''r'''과 '''L'''은 수직이므로 내적이 사라지고, 이 공식은 다음과 같이 축소된다.

:

\mathbf{B}_\text{g} = \frac{G }{2 c^2} \frac{\mathbf{L}}{r^3},

중력파는 동일한 중력 자기 및 중력 전기 성분을 갖는다.^[17]

==== 지구 ====

지구는 자전으로 인해 약한 중력자기장을 생성한다.^[18] 지구 적도에서의 중력자기장 세기는 다음과 같이 계산된다.

:

B_\text{g,Earth} = \frac{G }{5 c^2} \frac{m}{r} \frac{2 \pi}{T} = \frac{2 \pi r g}{5c^2 T},

여기서

g = G \frac{m}{r^2}

는 지구의 중력이며, 이 장의 방향은 각운동량의 방향, 즉 북쪽과 일치한다. 지구 적도 중력 자성장의 세기는 약 1.012×10^-14 Hz이다.^[18] 이러한 장은 매우 약하여, 중력 탐사선 B 임무와 같이 매우 민감한 측정이 필요하다.^[18]

==== 펄서 ====

PSR J1748-2446ad 펄서와 같이 초당 716회 회전하는 천체의 경우, 반경을 16km, 질량을 태양 질량의 2배로 가정하면 중력 자성은 약 166 Hz가 된다. 그러나 이 펄서는 적도에서 빛의 속도의 1/4로 회전하며, 그 반경은 슈바르츠실트 반지름의 3배에 불과하다. 이러한 빠른 운동과 강한 중력장이 존재하는 환경에서는 중력 자성과 중력 전기력을 분리하는 단순화된 접근 방식은 매우 대략적인 근사치로만 적용될 수 있다. 펄서의 중력자기장은 주변 입자의 운동에 큰 영향을 미치며, 펄서에서 방출되는 전파의 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.

4. 1. 지구

지구는 자전으로 인해 약한 중력자기장을 생성한다.^[18] 지구 적도에서의 중력자기장 세기는 다음과 같이 계산된다.

:

B_\text{g,Earth} = \frac{G }{5 c^2} \frac{m}{r} \frac{2 \pi}{T} = \frac{2 \pi r g}{5c^2 T},

여기서

g = G \frac{m}{r^2}

는 지구의 중력이며, 이 장의 방향은 각운동량의 방향, 즉 북쪽과 일치한다. 지구 적도 중력 자성장의 세기는 약 1.012×10^-14 Hz이다.^[18] 이러한 장은 매우 약하여, 중력 탐사선 B 임무와 같이 매우 민감한 측정이 필요하다.^[18]

4. 2. 펄서

PSR J1748-2446ad 펄서와 같이 초당 716회 회전하는 천체의 경우, 반경을 16km, 질량을 태양 질량의 2배로 가정하면 중력 자성은 약 166 Hz가 된다. 그러나 이 펄서는 적도에서 빛의 속도의 1/4로 회전하며, 그 반경은 슈바르츠실트 반지름의 3배에 불과하다. 이러한 빠른 운동과 강한 중력장이 존재하는 환경에서는 중력 자성과 중력 전기력을 분리하는 단순화된 접근 방식은 매우 대략적인 근사치로만 적용될 수 있다. 펄서의 중력자기장은 주변 입자의 운동에 큰 영향을 미치며, 펄서에서 방출되는 전파의 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.

5. 고차 효과

일부 고차 중력자성 효과는 더 일반적인 편극 전하의 상호 작용을 연상시키는 효과를 재현할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 바퀴가 공통 축에서 회전하는 경우, 두 바퀴가 같은 방향으로 회전하는 것보다 반대 방향으로 회전할 때 서로 간의 중력 인력이 더 커질 것이다. 이는 인력 또는 척력 중력자성 성분으로 표현될 수 있다.

반지 모양 질량이 단축 회전 가속도(가속하는 "연기 고리" 회전)를 겪는 경우 물질을 목을 통해 당기는 경향이 있다고 예측한다(회전하는 틀 끌림의 경우, 목을 통해 작용). 이론적으로, 이 구성을 사용하여 이러한 물체가 어떠한 g-force도 경험하지 않고 물체를 (목을 통해) 가속할 수 있다.^[15]

두 개의 회전 자유도(주축과 단축 모두 회전, 안팎으로 뒤집히고 회전)를 갖는 토로이드 질량을 생각해 보자. 이것은 중력자성 효과가 물체 주변에 카이랄 나선형 중력장을 생성하는 "특수한 경우"를 나타낸다. 단지 단축 회전만 포함하는 더 간단한 경우에서 안쪽과 바깥쪽 적도에서의 끌림에 대한 반작용은 일반적으로 크기와 방향이 각각 같고 반대일 것으로 예상된다. ''두'' 회전이 동시에 적용될 때, 이 두 세트의 반작용은 회전하는 토러스를 가로질러 확장되는 방사형 코리올리장에서 서로 다른 깊이에서 발생한다고 말할 수 있으며, 취소가 완료되었음을 확인하기가 더 어려워진다.

이러한 복잡한 동작을 곡면 시공간 문제로 모델링하는 것은 아직 이루어지지 않았으며 매우 어려울 것으로 여겨진다.

6. 한계

맥스웰 방정식은 로렌츠 변환에 불변이지만, 중력전자기(GEM) 방정식은 그렇지 않다. ''ρ''_g와 ''j''_g가 사원 벡터를 형성하지 않고, 단지 응력-에너지 텐서의 일부라는 사실이 이러한 차이의 근본 원인이다.

GEM은 로렌츠 부스트로 연결된 두 개의 서로 다른 좌표계에서 대략적으로 성립할 수 있지만, 전자기학의 변수와는 달리, 다른 좌표계의 GEM 변수로부터 한 좌표계의 GEM 변수를 계산할 방법이 없다. 실제로, 이들의 예측 (어떤 운동이 자유 낙하인지에 대한)은 서로 충돌할 가능성이 높다.

GEM 방정식은 병진과 공간 회전에 불변이지만, 부스트와 더 일반적인 곡선 좌표 변환에는 불변하지 않다. 맥스웰 방정식은 이러한 모든 좌표 변환에 불변하도록 공식화될 수 있다. 이러한 한계는 약한 중력장 근사에서 유도된 중력전자기 방정식이 강한 중력장에서는 정확하지 않을 수 있다는 점과, 특수 상대성 이론과의 통합에 어려움이 있다는 점을 시사한다.

참조

_[1] 논문 Pre-metric electromagnetism as a path to unification https://www.worldsci[...]
_[2] 서적 Electromagnetic Theory: A Gravitational and Electromagnetic Analogy https://archive.org/[...] The Electrician
_[3] 논문 Gravitational collapse: The role of general relativity 1969
_[4] 논문 Extracting x rays, γ rays, and relativistic e⁻e⁺ pairs from supermassive Kerr black holes using the Penrose mechanism 1995
_[5] 논문 Collimated escaping vortical polar e⁻e⁺ jets intrinsically produced by rotating black holes and Penrose processes 2004
_[6] 논문 Gravitational fields of the magnetic-type 2020
_[7] 간행물 Gravitomagnetic field and Penrose scattering processes 2005
_[8] 간행물 Collimated energy–momentum extraction from rotating black holes in quasars and microquasars using the Penrose mechanism 2001
_[9] 웹사이트 Gravitomagnetism in Quantum Mechanics https://www.slac.sta[...] 2014
_[10] 서적 Gravitation and Inertia Princeton Physics Series 1995
_[11] 간행물 Gravitomagnetism and the Clock Effect
_[12] 논문 Gauge symmetry and gravito-electromagnetism 2000
_[13] arXiv Gravitoelectromagnetism: A Brief Review 2008
_[14] 서적 Reference Frames and Gravitomagnetism – Proceedings of the XXIII Spanish Relativity Meeting 2000
_[15] 논문 Guidelines to Antigravity 1963
_[16] 서적 Elektromagnetismus und Gravitation Springer-Vieweg 2023
_[17] 서적 Inertia and gravitation : the fundamental nature and structure of space–time https://www.worldcat[...] Springer 2015-02-24
_[18] 기타
_[19] 서적 Reference Frames and Gravitomagnetism: Proceedings of the XXIII Spanish Relativity Meeting, Valladolid, Spain, 6 – 9 September 2000 World Scientific 2001-07

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