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| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the process of quantum teleportation in an expanding universe modeled by Friedmann-Robertson-Walker spacetime, focusing on two cosmologically relevant scenarios: a power-law expansion and the de Sitter universe. Adopting a field-theoretical approach, we analyze the quantum correlations between two comoving observers who share an entangled mode of a scalar field. Using the Bogoliubov transformation, we compute the teleportation fidelity and examine its dependence on the expansion rate, initial entanglement, and the mode frequency. Our findings indicate that spacetime curvature and the underlying cosmological background significantly affect the efficiency of quantum teleportation, particularly through mode mixing and vacuum structure. We also compare our results with the flat Minkowski case to highlight the role of cosmic expansion in degrading or preserving quantum information. | 我々は、フリードマン・ロバートソン・ウォーカー時空モデルによってモデル化された膨張宇宙における量子テレポーテーションの過程を、宇宙論的に重要な2つのシナリオ、すなわちべき乗膨張とド・ジッター宇宙に焦点を当てて調査する。 場の理論的アプローチを採用し、スカラー場のエンタングルモードを共有する2つの共動観測者間の量子相関を解析する。 ボゴリュボフ変換を用いてテレポーテーションの忠実度を計算し、その膨張率、初期エンタングルメント、およびモード周波数への依存性を検証する。 我々の知見は、時空の曲率と基礎となる宇宙論的背景が、特にモード混合と真空構造を通じて、量子テレポーテーションの効率に大きく影響することを示唆している。 また、我々の結果を平坦ミンコフスキーの場合と比較し、宇宙膨張が量子情報の劣化または保存に果たす役割を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the derivation of the Friedmann equations from a thermodynamic perspective, applying the unified first law of thermodynamics to the apparent horizon of a flat Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) universe. We extend this framework to incorporate gravitationally induced particle creation, treating the region enclosed by the apparent horizon as an open thermodynamic system. A crucial aspect of our analysis is the recognition that the apparent horizon volume is not comoving; this requires a consistent accounting of particle exchange across the moving boundary. We demonstrate that the evolution of the particle number, and explicitly the matter entropy, can be decomposed into two distinct physical contributions: genuine bulk particle production and a net flux induced by the dynamics of the horizon itself. Finally, we derive the Generalized Second Law (GSL) in this setting, showing transparently how the total entropy budget is balanced by horizon thermodynamics, bulk creation, and boundary fluxes. | 我々は熱力学の観点からフリードマン方程式の導出を探求し、統一熱力学第一法則を平坦なフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）宇宙の見かけの地平線に適用する。 この枠組みを拡張し、重力誘起粒子生成を組み込み、見かけの地平線に囲まれた領域を開放熱力学系として扱う。 我々の解析の重要な側面は、見かけの地平線の体積が共動していないという認識である。 これは、移動する境界を越えた粒子交換を首尾一貫して考慮する必要がある。 我々は、粒子数、そして特に物質エントロピーの進化が、真のバルク粒子生成と、地平線自体のダイナミクスによって誘起される正味フラックスという、2つの異なる物理的寄与に分解できることを示す。 最後に、この設定において一般化第二法則（GSL）を導出し、全エントロピー予算が地平線の熱力学、バルク生成、そして境界フラックスによってどのようにバランスされているかを明瞭に示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A mildly inhomogeneous universe with a cosmological constant may look like it contains evolving dark energy. We show that could be the case by modelling the inhomogeneities and their effects in three different ways: as clumped matter surrounded by voids, as back-reaction of small-scale structure on the overall expansion of the Universe, and, finally, as a large-scale curvature inhomogeneity. In all of these cases, the propagation of light is affected, and differs from that in a homogeneous and isotropic universe. The net result is that cosmological observables, such as angular diameter and luminosity distances, become distorted. We find, in all three models, that the inclusion of these effects pushes the distance-redshift relation towards closer agreement with recent data from both supernovae Ia from the Dark Energy Survey, and from baryon acoustic oscillations from the Dark Energy Spectroscopic Instrument. The amount of inhomogeneity in these models might not be enough to explain the entirety of the deviation from a cosmological constant, but is found to be of a similar order of magnitude, hinting that these data may be consistent with a universe dominated by a cosmological constant. | 宇宙定数を持つ、やや不均質な宇宙は、進化するダークエネルギーを内包しているように見える。 我々は、その不均質性とその影響を3つの異なる方法でモデル化することで、その可能性を示した。 すなわち、ボイドに囲まれた凝集物質として、小規模構造が宇宙全体の膨張に及ぼす反作用として、そして最後に大規模曲率不均質としてである。 これらすべての場合において、光の伝播は影響を受け、均質かつ等方的な宇宙における伝播とは異なる。 最終的な結果として、角直径や光度距離といった宇宙論的観測量は歪められる。 3つのモデルすべてにおいて、これらの効果を考慮することで、距離と赤方偏移の関係が、ダークエネルギーサーベイによる超新星Ia号とダークエネルギー分光装置による重粒子音響振動の最近のデータとより一致することがわかった。 これらのモデルにおける不均一性の量は、宇宙定数からの逸脱全体を説明するには十分ではないかもしれないが、同様の大きさであることがわかっており、これらのデータは宇宙定数が支配的な宇宙と一致している可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the absorption and scattering by a Schwarzschild black hole in scalar--tensor theories of gravity, where the coupling between matter and the scalar field induces different models for the effective mass of the scalar field. In model~I, a Bondi-type mass model described by the asymptotic mass $μ_c$, horizon mass $μ_H$, and profile slope $λ$, it is found that the absorption cross section increases with steeper $λ$, larger $μ_c$ (especially at higher frequencies), or smaller $μ_H$. The differential scattering cross section in this model shows the strongest dependence on the horizon mass $μ_H$. When $μ_H$ exceeds a critical value for a fixed incoming wave frequency $ω$, no partial wave transmits into the black hole, flattening the differential scattering cross section as a function of angle before it increases again with further increase of $μ_H$. Model~II, which considers a truncated accretion region outside some radius $r_0$, contains a potential well in its effective scattering potential. Its absorption cross section decreases in the low-frequency region as the accretion radius $r_0$ decreases, and more importantly, it shows resonance peaks at the quasibound wave frequencies due to resonances induced by the potential well. The differential scattering cross sections show dips around intermediate scattering angles when the parameters (mainly $μ_H$ and $ω$) are such that the resonantly scattered and non-resonant waves interfere destructively around these angles. In both models, absorption exhibits a zero-absorption band as $ω$ approaches $μ_c$ from above, and in both absorption and scattering, the effects of the parameters are found to diminish in the high-frequency limit. | 我々は、スカラー-テンソル重力理論におけるシュワルツシルトブラックホールによる吸収と散乱を研究する。 ここでは、物質とスカラー場との結合により、スカラー場の有効質量について異なるモデルが誘導される。 モデルIは、漸近質量$μ_c$、地平線質量$μ_H$、プロファイル勾配$λ$で記述されるボンディ型質量モデルであり、吸収断面積は、$λ$が急峻であるほど、$μ_c$が大きいほど（特に高周波数の場合）、または$μ_H$が小さいほど増加することがわかる。 このモデルにおける微分散乱断面積は、地平線質量$μ_H$に最も強く依存する。 $μ_H$が、固定された入射波周波数$ω$に対して臨界値を超えると、ブラックホールに透過する部分波はなく、微分散乱断面積は角度の関数として平坦になり、その後、$μ_H$がさらに増加すると再び増加する。 モデルIIは、ある半径$r_0$の外側の切断された降着領域を考慮し、その有効散乱ポテンシャルにポテンシャル井戸を含む。 降着半径$r_0$が減少するにつれて、低周波領域での吸収断面積は減少し、さらに重要なことに、ポテンシャル井戸によって誘起される共鳴により、準束縛波周波数で共鳴ピークを示す。 微分散乱断面積は、パラメータ（主に$μ_H$と$ω$）が共鳴散乱波と非共鳴波がこれらの角度付近で打ち消し合うように干渉するような場合、中間散乱角付近でディップを示す。 どちらのモデルでも、$ω$が上から$μ_c$に近づくにつれて吸収はゼロ吸収帯を示し、吸収と散乱の両方において、パラメータの影響は高周波限界で減少することが分かっている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We observe that the transition probability in a static two-level quantum detector interacting with a coherent Rindler photon is different from the same of the Rindler detector which is in interaction with a coherent Minkowski photon. Situation does not change in the response of quantum detector for the classical limit of the photon state. This we investigate in $(1+1)$ and $(3+1)$-spacetime dimensions. Interestingly, the transition probabilities of the ``classical'' detector in the classical limit of the photon state in $(1+1)$-dimensions, for these two scenarios, appear to be identical when the frequencies of photon mode and detector are taken to be same. However, our obtained detector's transition probabilities in $(3+1)$-dimensions, which are calculated under the large acceleration condition, do not show such signature. The implications of these observations are discussed as well. | コヒーレント・リンドラー光子と相互作用する静的2準位量子検出器における遷移確率は、コヒーレント・ミンコフスキー光子と相互作用するリンドラー検出器における遷移確率とは異なることを観察した。 光子状態の古典的極限に対する量子検出器の応答状況は変化しない。 我々はこれを(1+1)次元および(3+1)次元時空において調査する。 興味深いことに、これら2つのシナリオにおいて、光子モードと検出器の周波数を同じとした場合、(1+1)次元における光子状態の古典的極限における「古典的」検出器の遷移確率は同一に見える。 しかし、大加速条件下で計算された(3+1)次元における検出器の遷移確率は、そのような特徴を示さない。 これらの観察結果の意味についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a fully quantum field-theoretic framework for gravitational wave (GW) detection in which the interaction is described as photon-graviton scattering. In this picture, the GW acts as a coherent background that induces inelastic energy exchanges with the electromagnetic field - analogous to the Stokes and anti-Stokes shifts in Raman spectroscopy. We propose a detection scheme sensitive to this microscopic mechanism based on Hong-Ou-Mandel interference. We show that the scattering-induced phase shifts render frequency-entangled photon pairs distinguishable, spoiling their destructive quantum interference. GW signal is thus encoded in the modulation of photon coincidence rates rather than classical field intensity, offering a complementary quantum probe of the gravitational universe that recovers the standard classical response in the macroscopic limit. | 我々は、相互作用を光子-重力子散乱として記述する、重力波（GW）検出のための完全な量子場理論の枠組みを提示する。 この描像では、重力波は電磁場との非弾性エネルギー交換を誘起するコヒーレント背景として作用する。 これは、ラマン分光法におけるストークスシフトと反ストークスシフトに類似している。 我々は、ホン・オウ・マンデル干渉に基づくこの微視的メカニズムに敏感な検出方式を提案する。 散乱誘起位相シフトによって周波数エンタングルメントした光子対が識別可能になり、それらの量子干渉が打ち消されることを明らかにする。 このように、重力波信号は古典的な場の強度ではなく、光子の同時発生率の変調に符号化され、巨視的極限における標準的な古典的応答を回復する、重力宇宙の相補的量子プローブとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper presents a comprehensive stability analysis of the black hole solution within Modified General Relativity (MGR), a theory proposing a unified geometric description of dark matter (DM) and dark energy (DE). A rigorous gauge-invariant formalism is employed to analyze gravitational perturbations of the extended Schwarzschild metric. The central finding is a critical pathology within the polar perturbation sector, where metric fluctuations couple to the theory's fundamental line element field. This coupling is governed by a factor that, while well-behaved at the horizon, diverges powerfully in the far-field limit as a direct consequence of the theory's non-asymptotically flat nature. This indicates a strong infrared instability that overwhelms perturbations at large distances. In stark contrast, the axial perturbation sector is found to be completely stable. This dichotomy proves that the instability is not inherent to the background metric but is specifically generated by the novel coupling mechanism encoding MGR's unified dark sectors. The results reveal a fundamental strong-coupling problem within the MGR framework, challenging its physical viability as an alternative to Einstein's General Relativity (EGR). | 本論文は、暗黒物質（DM）と暗黒エネルギー（DE）の統一的な幾何学的記述を提唱する理論である修正一般相対論（MGR）におけるブラックホール解の包括的な安定性解析を提示する。 厳密なゲージ不変形式を用いて、拡張シュワルツシルト計量の重力摂動を解析する。 中心的な発見は、計量変動が理論の基本線要素場と結合する、極摂動領域における重要な病理である。 この結合は、地平線上では良好な挙動を示すものの、理論の非漸近平坦性の直接的な結果として、遠方場極限では大きく発散する係数によって支配されている。 これは、遠距離における摂動を圧倒する強い赤外線不安定性を示している。 これとは対照的に、軸方向摂動領域は完全に安定であることがわかった。 この二分法は、不安定性が背景計量に固有のものではなく、MGRの統一ダークセクターを符号化する新しい結合メカニズムによって特異的に生成されることを証明している。 結果は、MGR フレームワーク内の基本的な強結合問題を明らかにし、アインシュタインの一般相対性理論 (EGR) の代替としての物理的な実現可能性に疑問を投げかけています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the tidal response of general five-dimensional (5D) black holes of STU supergravity, which include as special cases important solutions such as the Myers-Perry, BMPV, 5D Reissner-Nordström, Kerr-Newman and dyonic black holes. Solutions are parameterized by their mass, two angular momenta and up to three $U(1)$ charges. Love numbers and dissipation coefficients are obtained in the static and dynamic cases. In the latter scenario, we find new, nontrivial conditions, realized in important limiting cases of the theory, such as the BPS limit, where frequency-independent vanishing conditions are obtained. We also develop a ladder formalism for static solutions and derive the conserved charges. To the best of our knowledge, this formalism had not been previously derived for 5D black holes, including neutral ones. Finally, we show the emergence of Love symmetry in the near-zone regime, and derive the generators of the associated $sl(2,\mathbb{R})$ algebra. It is shown that all conditions for Love-number vanishing can be explained by this algebra in terms of the highest-weight property. | 我々は、STU超重力の一般的な5次元(5D)ブラックホールの潮汐応答を調べる。 これには、特別なケースとして、マイヤーズ・ペリー、BMPV、5Dライスナー・ノルドストローム、カー・ニューマン、ダイオニックブラックホールなどの重要な解が含まれる。 解は、質量、2つの角運動量、最大3つの$U(1)$電荷によってパラメータ化される。 ラブ数と散逸係数は、静的および動的ケースで得られる。 後者のシナリオでは、周波数に依存しない消失条件が得られるBPS極限などの理論の重要な極限ケースで実現される、新しい非自明な条件が見つかる。 また、静的解のラダー形式を開発し、保存電荷を導出する。 我々の知る限り、この形式は、中性ブラックホールを含む5Dブラックホールに対してはこれまで導出されたことがなかった。 最後に、近傍領域におけるラブ対称性の出現を示し、関連する$sl(2,\mathbb{R})$代数の生成元を導出する。 ラブ数が消滅するためのすべての条件は、この代数によって最高重みの性質を用いて説明できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we describe the procedure implemented in the Multi-Band Template Analysis (MBTA) search pipeline to produce online posterior distributions of compact binary coalescence (CBC) gravitational-wave parameters. This procedure relies on an SNR optimizer technique, which consists of filtering dense local template banks. We present how these banks are constructed using information from the initial detection and detail how the results of the filtering are used to estimate source parameters and provide posterior distributions. We demonstrate the performance of our procedure on simulations and compare our source parameter estimates with the results from the first part of the fourth observing run (O4a) recently released by the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) collaboration. | 本論文では、マルチバンドテンプレート解析（MBTA）探索パイプラインに実装された、コンパクトバイナリコアレッセンス（CBC）重力波パラメータのオンライン事後分布を生成する手順について説明する。 この手順は、高密度の局所テンプレートバンクをフィルタリングするSNR最適化技術に基づいている。 本論文では、初期検出情報を用いてこれらのバンクを構築する方法を示し、フィルタリング結果を用いてソースパラメータを推定し、事後分布を生成する方法について詳述する。 本手順のシミュレーション性能を実証し、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）共同研究グループが最近発表した第4回観測ラン（O4a）の前半部分の結果とソースパラメータ推定値を比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Magnetic fields play a central role in black hole astrophysics, powering relativistic jets and other energetic phenomena. While near-horizon magnetic field is usually assumed to originate from the accretion flow, additional large-scale magnetic fields - such as those supplied by a companion neutron star in stellar-mass binaries or by galactic fields around supermassive black holes - may also affect the horizon-threading flux. In this work, we study the superposition of a weak arbitrarily inclined external uniform magnetic field with the internal Blandford-Znajek split-monopole field around a Schwarzschild black hole. This setup generically gives rise to magnetic null points, where the total field vanishes. We compute the magnetic flux through an arbitrarily tilted hemisphere of the event horizon and show that the flux can be substantially suppressed by the external field. In the axisymmetric case, the flux can even vanish completely. However, with nonzero inclination, complete cancellation becomes impossible, despite significant reduction. We further explore the ionization and subsequent particle acceleration from a Keplerian accretion disk, finding that efficient collimated outflows persist even under significant field inclination. We show that the acceleration is critically dependent on the external field orientation, with the escape fraction maximized at non-zero inclinations due to the destabilization of trapping zones and minimized in the anti-aligned configuration, where closed magnetic loops effectively suppress the outflow. We discuss the astrophysical implications of these findings, proposing that geometric flux cancellation can serve as a mechanism for jet quenching in compact binaries and offering an explanation for the lack of a prominent large-scale jet in Sgr A*. | 磁場はブラックホール天体物理学において中心的な役割を果たし、相対論的ジェットやその他の高エネルギー現象のエネルギー源となっている。 地平線近傍の磁場は通常、降着流に由来すると考えられるが、恒星質量連星の伴中性子星や超大質量ブラックホール周囲の銀河磁場などから供給される大規模な磁場も、地平線貫通磁束に影響を及ぼす可能性がある。 本研究では、シュワルツシルトブラックホール周囲の弱い任意傾斜の均一外部磁場と、ブランドフォード・ズナジェク分裂単極子磁場の重ね合わせを研究する。 この設定では、一般に磁気ヌル点が生じ、そこでは全磁場がゼロとなる。 事象の地平線の任意傾斜半球を通る磁束を計算し、磁束が外部磁場によって大幅に抑制されることを示す。 軸対称の場合には、磁束が完全にゼロになることさえある。 しかし、傾斜角がゼロでない場合、大幅な減少にもかかわらず、完全な相殺は不可能となる。 我々はさらに、ケプラー降着円盤からのイオン化とそれに続く粒子加速について調査し、大きな磁場傾斜角下でも効率的なコリメートされた流出が持続することを発見した。 加速は外部磁場の向きに決定的に依存しており、捕捉領域の不安定化により、傾斜角がゼロでない場合には脱出率が最大となり、閉じた磁気ループが流出を効果的に抑制する反整列配置では脱出率が最小となることを示す。 我々はこれらの発見の天体物理学的意味合いについて議論し、幾何学的な磁束相殺がコンパクト連星におけるジェット消滅のメカニズムとして機能し、Sgr A*に顕著な大規模ジェットが存在しない理由を説明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Leggett-Garg inequality (LGI) is a temporal analogue of Bell's inequality and provides a quantitative test of the nonclassicality of a system through its violation. We analytically investigate the violation of the LGI in the context of photon-graviton conversion in a magnetic field background, motivated by its potential applications to testing the nonclassicality of gravity. When gravitational perturbations are quantized as gravitons, the conversion of an initial single photon state gives rise to a superposition of photon and graviton states. We show that the temporal correlations obtained from successive projective measurements on the photon-graviton system violate the LGI. Observation of such a violation would provide a novel avenue for probing the quantum nature of gravity. | レゲット・ガーグ不等式（LGI）はベル不等式の時間的類似物であり、その破れを通して系の非古典性を定量的に検証できる。 我々は、磁場背景における光子-重力子変換の文脈において、LGIの破れを解析的に調査する。 これは、重力の非古典性を検証する上でのLGIの潜在的な応用を念頭に置いたものである。 重力摂動が重力子として量子化されると、初期の単一光子状態が変換され、光子状態と重力子状態の重ね合わせが生じる。 我々は、光子-重力子系に対する連続的な射影測定から得られる時間相関がLGIを破ることを示す。 このような破れの観測は、重力の量子的性質を探る新たな手段となるであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we use the generalised Klein-Gordon Equation in curved spacetime with an electromagnetic field to investigate the tunnelling phenomenon of scalar particles originating from the hot NUT Kerr Newman Kasuya Anti de Sitter (KNKNK AdS) black hole. Using the tunnelling formalism, we obtain a modified Hawking temperature different from previous works due to the quantum gravity effect for the charged Dirac particle at the HNKNK AdS black hole's horizon. We find that the modified Hawking temperature is affected by the cosmological constant, magnetic mass, electric and magnetic charges. We demonstrate that a significant number of discontinuities exist in the heat capacities of the HNKNK AdS, indicating that the black hole system becomes unstable as the black hole size decreases. | 本研究では、電磁場を含む曲がった時空における一般化クライン・ゴルドン方程式を用いて、高温のNUTカー・ニューマン・カスヤ反ド・ジッター（KNKNK AdS）ブラックホールを起源とするスカラー粒子のトンネル現象を調べた。 トンネル形式を用いて、HNKNK AdSブラックホールの地平線における荷電ディラック粒子の量子重力効果により、これまでの研究とは異なる修正ホーキング温度を得た。 修正ホーキング温度は、宇宙定数、磁気質量、電荷、磁荷の影響を受けることがわかった。 HNKNK AdSの熱容量には相当数の不連続性が存在することを実証し、ブラックホールの大きさが減少するにつれてブラックホール系が不安定になることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study topological defects with a general structure in higher-dimensional cosmological backgrounds described by a set of angle deficit parameters. As special cases, they include higher-dimensional generalizations of cosmic strings and global monopoles. The corresponding complete set of mode functions is presented for a massive scalar field with a general curvature coupling parameter. For general scale factors and radial functions in the line element, the angular parts of the scalar modes are expressed in terms of associated Legendre functions. De Sitter and Milne universes are considered as examples of cosmological expansion. For the de Sitter bulk, we present the time-dependent parts of the mode functions in inflationary, hyperbolic, and global coordinates. | 我々は、一連の角度欠損パラメータによって記述される高次元宇宙背景における、一般的な構造を持つ位相欠陥を研究する。 特殊なケースとして、宇宙弦と大域モノポールの高次元一般化が含まれる。 一般的な曲率結合パラメータを持つ質量を持つスカラー場に対して、対応するモード関数の完全なセットを提示する。 線要素における一般的なスケール因子とラジアル関数については、スカラーモードの角度成分はルジャンドル随伴関数で表される。 宇宙膨張の例として、ド・ジッター宇宙とミルン宇宙が考えられる。 ド・ジッターバルクについては、インフレーション座標、双曲座標、および大域座標におけるモード関数の時間依存成分を提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Building upon our recently established correspondence between quantum cosmology and the hydrogen atom [1], we investigate the specific sector of a negative cosmological constant ($Λ< 0$) in a flat FLRW universe with dust. While the positive $Λ$ sector [1] yields a continuous spectrum and a single bounce, we show here that the negative $Λ$ sector leads to a discrete spectrum of energy eigenvalues, effectively quantizing the cosmological constant. Within this dual description, the operator-ordering ambiguity parameter appears as the azimuthal quantum number of the hydrogen atom. A skewed Bohr correspondence emerges for the bound states, matching classical evolution at large volumes but deviating near the bounce. By constructing wave packets from these bound states, we demonstrate that the classical Big Bang and Big Crunch singularities are resolved, and the universe oscillates between quantum bounces and classical turnaround points. The expectation values of the observables indicate a cyclic universe -- with vanishing Hubble parameter at turnarounds -- undergoing quantum bounces. This exactly solvable model offers a tractable setting to explore quantum gravitational effects in cosmology. We analyze the properties of this cyclic universe, contrasting its bound-state dynamics with the scattering states of the de Sitter case. | 量子宇宙論と水素原子の間の最近確立された対応関係 [1] を基にして、ダストを含む平坦な FLRW 宇宙における負の宇宙定数 ($Λ< 0$) の特定のセクターを調べる。 正の $Λ$ セクター [1] は連続スペクトルと単一の跳ね返りを与えるが、負の $Λ$ セクターはエネルギー固有値の離散スペクトルをもたらし、事実上宇宙定数を量子化することを示す。 この二重の記述において、演算子順序付けの曖昧性パラメータは、水素原子の方位角量子数として現れる。 束縛状態に対して歪んだボーア対応が現れ、大きな体積では古典的発展と一致するが、跳ね返りの近くでは逸脱する。 これらの束縛状態から波束を構築することにより、古典的なビッグバン特異点とビッグクランチ特異点が解決され、宇宙が量子跳ね返りと古典的な転換点の間を振動していることを実証する。 観測量の期待値は、ハッブルパラメータがターンアラウンドでゼロになる周期的な宇宙が量子バウンスを起こしていることを示している。 この厳密に解けるモデルは、宇宙論における量子重力効果を探求するための扱いやすい設定を提供する。 我々はこの周期的な宇宙の特性を分析し、その束縛状態のダイナミクスをド・ジッターの場合の散乱状態と対比させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study a string-inspired dilaton cosmology in the Damour--Polyakov (DP) regime using dynamical-systems methods, aiming to make explicit how cosmological relaxation controls deviations from the equivalence principle. Working in the Einstein frame, we consider a spatially flat FLRW universe filled with pressureless matter and a universally coupled dilaton. Expanding the conformal coupling function and the scalar potential around the least-coupling point, we obtain a closed and self-consistent autonomous system governing the late-time evolution of the scalar-matter sector. The resulting phase space contains a stable fixed point associated with least coupling, approached only asymptotically along cosmological trajectories. Therefore, at any finite epoch the solution typically retains a small displacement from the fixed point. In the DP regime this finite-epoch displacement sets the ambient coupling, and thus determines the magnitude of fifth-force effects and deviations from the equivalence principle in the nonrelativistic limit. By linearising the system around a finite-epoch reference state, we show that the damping of the displacement is controlled by the Jacobian eigenvalues of the DP fixed point. This yields a direct dynamical estimate of how rapidly deviations from the equivalence principle are reduced during cosmological evolution. The mechanism is global and cosmological in origin, and is conceptually distinct from local environmental screening as in chameleon or symmetron scenarios. Overall, our results illustrate how phase-space techniques provide a clear bridge between cosmological dynamics and weak-field departures from General Relativity. | 我々は、力学系法を用いて、ダムール・ポリャコフ（DP）領域における弦理論に着想を得たディラトン宇宙論を研究し、宇宙論的緩和が等価原理からの逸脱をどのように制御するかを明示的に明らかにすることを目指した。 アインシュタイン座標系において、無圧力物質と普遍的に結合したディラトンで満たされた空間的に平坦なFLRW宇宙を考える。 共形結合関数とスカラーポテンシャルを最小結合点の周囲に展開することで、スカラー物質セクターの後期発展を支配する閉じた自己無撞着な自律系を得る。 結果として得られる位相空間には、最小結合に関連する安定な固定点が含まれており、これは宇宙論的軌道に沿って漸近的にのみ近づく。 したがって、どの有限時代においても、解は典型的には固定点からの小さな変位を保持する。 DP領域では、この有限時代の変位が周囲の結合を設定し、それによって非相対論的極限における第五の力の効果と等価原理からの逸脱の大きさを決定する。 有限期間の参照状態を中心に系を線形化することで、変位の減衰がDP固定点のヤコビ固有値によって制御されることを示す。 これにより、宇宙論的進化の過程で等価原理からの逸脱がいかに急速に減少するかについて、直接的な力学的推定が得られる。 このメカニズムは地球規模かつ宇宙論的な起源を持ち、カメレオンやシンメトロンのような局所的な環境遮蔽とは概念的に異なる。 全体として、我々の結果は、位相空間手法が宇宙論的ダイナミクスと一般相対性理論からの弱場逸脱との間に明確な橋渡しを提供する方法を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the arrow of time problem in the context of gravitational collapse of radiating stars in higher dimensions for both neutral and charged matter. The interior spacetime is described by a shear-free spherically symmetric metric filled with a dissipative fluid. The exterior spacetime of the radiating star is taken as the higher dimensional Vaidya metric. We establish that the arrow of time associated with gravitational entropy is opposite to the thermodynamic arrow of time for all dimensions. The physical consequences of our results are considered. Our result conforms with previous studies on shear-free spherical collapse, which suggests, avoidance of the naked singularity as the end state results in a wrong arrow of time, indicating a fundamental problem with the local application of the Weyl curvature hypothesis. | 我々は、高次元放射星の重力崩壊という文脈において、中性物質と荷電物質の両方について時間の矢の問題を調査する。 内部時空は、散逸流体で満たされた剪断のない球対称計量で記述される。 放射星の外部時空は、高次元ヴァイディア計量とみなされる。 我々は、重力エントロピーに関連する時間の矢が、すべての次元において熱力学的時間の矢と反対であることを確立する。 我々の結果の物理的帰結について考察する。 我々の結果は、剪断のない球状崩壊に関する先行研究と整合しており、最終状態として裸の特異点を回避すると誤った時間の矢が生じることを示唆しており、これはワイル曲率仮説の局所的適用における根本的な問題を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we use the recently introduced concept of self-interacting dark matter with scale-dependent equation of state, and we provide an analytic model of dark matter that can produce viable rotation curves even for low-surface-brightness galaxies, irregular galaxies, low-luminosity spirals and dwarf galaxies, all known to challenge the cold dark matter description. The radius dependent effective equation of state of the self-interacting dark matter model we shall introduce is assumed to be an isothermal equation of state of the form $P(r)=K(r)\left(\frac{ρ(r)}{ρ_{\star}}\right)$, where the energy density will have the form $ρ(r)=\frac{ρ_0}{\left( 1+\frac{r^2}{α^2}\right)^{5/2}}$, while the entropy function $K(r)$ is $K(r)=\frac{K_0}{\left( 1+\frac{r^2}{α^2}\right)^{1/2}}$. The resulting model is confronted in detail with the SPARC galaxy data and 175 galaxies are used and tested. It proves that the analytic model can successfully produce the rotation curves of 116 galaxies, most of which are small mass spirals, irregular galaxies, low-surface-brightness and low-luminosity spirals and dwarf galaxies. On the other hand, 59 galaxies cannot be successfully described by our analytic model. We tested statistically the correlation between the parameter $K_0$ of the entropy function corresponding to the viable galaxies, and the flat rotation velocity $V_{flat}$ and the maximum rotation velocity $V_{max}$ of the galaxies from the SPARC data. We also examined the baryon mass $M_b$-$K_0$ relation and the luminosity $L$-$K_0$ relation. We have been able to produce the baryonic Tully-Fisher relation for the viable galaxies, directly from the correlation $K_0$-$M_b$ and $K_0$-$V_{flat}$, with the resulting relation being $M_b\sim V_{flat}^{4.026 \pm 0.371}$, however we failed to produce the canonical Tully-Fisher relation. | 本研究では、スケール依存の状態方程式を持つ最近導入された自己相互作用暗黒物質の概念を使用し、冷たい暗黒物質の記述に難題を突きつけることが知られている低表面輝度銀河、不規則銀河、低光度渦巻き銀河、矮小銀河に対しても実行可能な回転曲線を生成できる暗黒物質の解析モデルを提供します。 我々が導入する自己相互作用暗黒物質モデルの半径依存有効状態方程式は、$P(r)=K(r)\left(\frac{ρ(r)}{ρ_{\star}}\right)$ という形式の等温状態方程式であると仮定される。 ここで、エネルギー密度は$ρ(r)=\frac{ρ_0}{\left( 1+\frac{r^2}{α^2}\right)^{5/2}}$ という形式をとり、エントロピー関数$K(r)$は$K(r)=\frac{K_0}{\left( 1+\frac{r^2}{α^2}\right)^{1/2}}$ となる。 得られたモデルはSPARC銀河データと詳細に比較検討され、175個の銀河が用いられて検証される。 解析モデルは116個の銀河の回転曲線をうまく生成できることが証明された。 そのほとんどは小質量渦巻銀河、不規則銀河、低表面輝度・低光度渦巻銀河、矮小銀河である。 一方、59個の銀河は解析モデルではうまく記述できない。 SPARCデータから得られた銀河のエントロピー関数のパラメータ$K_0$と、平坦回転速度$V_{flat}$および最大回転速度$V_{max}$との相関を統計的に検定した。 また、重粒子質量$M_b$-$K_0$関係と光度$L$-$K_0$関係も調べた。 我々は、相関 $K_0$-$M_b$ と $K_0$-$V_{flat}$ から直接、生存可能な銀河のバリオン Tully-Fisher 関係を生成することができ、結果として得られる関係は $M_b\sim V_{flat}^{4.026 \pm 0.371}$ となりましたが、標準的な Tully-Fisher 関係を生成することはできませんでした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is known that if the standard slow-roll inflation is followed by a power-law inflationary regime, then the trans-Planckian modes may be safely be contained in the Hubble horizon and never exit it during inflation. In this work we investigate how to realize a smooth transition between a slow-roll and a power-law inflationary regime in the context of single scalar field inflation. As we show it is possible to realize such a smooth transition by generalizing the kinetic energy of single scalar field in the form $\dotφ^2=β(φ)V(φ)$, where $β(φ)$ is some appropriate function of the scalar field. Using two distinct approaches we show that it is possible to realize a smooth transition from a slow-roll to a power-law inflationary regime, and the two approaches produce identical results regarding the slow-roll regime. Also we show that the slow-roll regime is quite short, about $N\sim 30$ $e$-foldings, with the flatness and horizon problems being solved with the synergistic effect of the two inflationary patches. The slow-roll era is found to be compatible with the Atacama Cosmology Telescope data. | 標準的なスローロールインフレーションの後にべき乗則インフレーション状態が続く場合、トランスプランクモードはハッブルの地平線内に安全に含まれ、インフレーション中にそこから出ることはないことが知られています。 本研究では、単一スカラー場インフレーションの文脈において、スローロールとべき乗則インフレーション状態間のスムーズな遷移を実現する方法を調査し、単一スカラー場の運動エネルギーを $\dotφ^2=β(φ)V(φ)$ の形式に一般化することで、このようなスムーズな遷移を実現できることを示します。 ここで、$β(φ)$ はスカラー場の適切な関数です。 2つの異なるアプローチを使用して、スローロールからべき乗則インフレーション状態へのスムーズな遷移を実現できること、および2つのアプローチがスローロール状態に関して同じ結果を生成することを示します。 また、スローロール領域は極めて短く、約$N\sim 30$ $e$折り畳み程度であり、平坦性と地平線の問題は2つのインフレーションパッチの相乗効果によって解決されることを示す。 スローロール時代は、アタカマ宇宙論望遠鏡のデータと整合することが判明した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The ACT data have severely constrained the single scalar field models. Known models of inflation, like the Starobinsky model, the Higgs model and the $a$-attractors are at least $2σ$ off the ACT data. In this work we aim to provide a top-to-bottom approach in single scalar field inflationary cosmology compatible with the ACT data. Specifically, inspired by the fact that the Starobinsky model, the Higgs model and the $a$-attractors, all being plateau potentials, result to the same attractor relation between the spectral index of scalar perturbations and the tensor-to-scalar ratio, which is of the form $n_s(r)=1-αr^{1/2}$, in this work we seek for attractors of the form $n_s(r)=f(r)$ that may lead to ACT-compatible inflation. Specifically, we fix the function $f(r)$ to have a specific desirable form and then solve the differential equation $n_s(r)=f(r)$ to find the potential which results to the relation $n_s(r)=f(r)$. We discovered analytically three classes of potentials which are variants of the general form $n_s(r)=γ\pm βr \pm r^{1/2}$ and all these models are found to be compatible with the ACT data. | ACTデータは、単一スカラー場モデルに厳しい制約を与えた。 スタロビンスキー模型、ヒッグス模型、そして$a$-アトラクターといった既知のインフレーションモデルは、ACTデータから少なくとも$2σ$ずれている。 本研究では、ACTデータと整合する単一スカラー場インフレーション宇宙論において、トップツーボトムアプローチを提供することを目的とする。 具体的には、スタロビンスキー模型、ヒッグス模型、そして$a$-アトラクターはいずれもプラトーポテンシャルであり、スカラー摂動のスペクトル指数とテンソル対スカラー比との間に$n_s(r)=1-αr^{1/2}$という形のアトラクター関係が成立するという事実に着想を得て、本研究では、ACTと整合するインフレーションをもたらす可能性のある$n_s(r)=f(r)$という形のアトラクターを探索する。 具体的には、関数$f(r)$を特定の望ましい形に固定し、微分方程式$n_s(r)=f(r)$を解いて、関係$n_s(r)=f(r)$をもたらすポテンシャルを求めます。 我々は、一般形$n_s(r)=γ\pm βr \pm r^{1/2}$の変種である3種類のポテンシャルを解析的に発見し、これらのモデルはすべてACTデータと互換性があることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate a static, spherically symmetric black hole arising in Einstein gravity coupled to a Kalb-Ramond field and ModMax nonlinear electrodynamics, both of which are independently well motivated extensions of standard electrovacuum gravity. The solution depends, beyond mass and charge, on a Lorentz-violating parameter, a ModMax deformation parameter, and a discrete branch selector $ζ=\pm1$. We show that the ordinary branch admits extremal and non-extremal configurations, while the phantom branch generically supports a single-horizon geometry. Black-hole thermodynamics is analyzed within the Tsallis non-extensive framework, revealing branch-dependent stability and Joule-Thomson behavior. Weak gravitational lensing, photon propagation in plasma, and tidal forces are then studied, revealing clear optical and strong-field signatures that distinguish the two branches. In particular, the ordinary branch exhibits finite-radius tidal inversion, absent in the phantom sector. Our results demonstrate that the combined Kalb-Ramond and ModMax effects lead to a rich and observationally distinguishable black-hole phenomenology. | 我々は、カルプ・ラモンド場とModMax非線形電磁力学と結合したアインシュタイン重力下で生じる静的球対称ブラックホールを調査する。 これらはいずれも標準的な電気真空重力理論の独立して十分に根拠のある拡張である。 解は、質量と電荷に加えて、ローレンツ破れパラメータ、ModMax変形パラメータ、そして離散分岐セレクタ$ζ=\pm1$に依存する。 通常の分岐は極限的および非極限的配置を許容する一方、ファントム分岐は一般的に単一地平線幾何学を支持することを示す。 ブラックホール熱力学はTsallis非示量的枠組み内で解析され、分岐依存の安定性とジュール・トムソン挙動が明らかになる。 次に、弱い重力レンズ効果、プラズマ中の光子伝播、そして潮汐力を研究し、2つの分岐を区別する明確な光学的および強磁場シグネチャを明らかにする。 特に、通常の分岐は有限半径の潮汐反転を示すが、ファントム分岐には見られない。 私たちの結果は、カルブ・ラモンド効果と ModMax 効果の組み合わせにより、豊富で観測的に区別可能なブラックホール現象がもたらされることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Explicit breaking of diffeomorphism symmetry with nondynamical background fields in gravitational theories can lead to inconsistencies between the equations of motion and the underlying pseudo-Riemannian geometry. These theories produce a constraint equation that follows from the modified Einstein's equations and the contracted Bianchi identity which has no simple solution and raises questions about the consistency of backgrounds structures in extensions to general relativity. In contrast, spontaneous symmetry breaking where fields acquire a vacuum expectation value are shown to avoid these problems. Nevertheless, there are some approaches that consistently implement explicit diffeomorphism breaking by: i) introducing geometrical restrictions which may dynamically restore diffeomorphism invariance, ii) using the Stückelberg formalism where auxiliary scalar fields can carry degrees of freedom associated to spontaneously broken symmetries, and more recently by iii) exploiting the isometries of a given gravitational configuration in the presence of a background; which ultimately requires the background fields to be Lie-dragged along the Killing vectors. In this work, we further develop and apply the latter approach focusing on a concrete example involving the Gödel metric and the minimal gravitational Standard-Model Extension. We show that the resulting dynamics is fully consistent with the constraint equation and produce new Noether's identities. Furthermore we investigate causality violations by analyzing the critical radius, which is found to depend explicitly on the background fields. This dependence allows for the emergence of both causal and non-causal regions in spacetime. | 重力理論において、非動力学的背景場による微分同相対称性の明示的な破れは、運動方程式と基礎となる擬リーマン幾何学との間に矛盾を生じさせる可能性がある。 これらの理論は、修正アインシュタイン方程式と縮約ビアンキ恒等式から導かれる制約方程式を生成するが、これは単純な解を持たず、一般相対論への拡張における背景構造の整合性について疑問を生じさせる。 対照的に、場が真空期待値を得る自発的な対称性の破れは、これらの問題を回避できることが示されている。 しかしながら、次のような方法によって、明示的な微分同相対称性の破れを一貫して実装するアプローチもいくつかある。 i) 微分同相不変性を動的に回復する可能性のある幾何学的制約を導入する、ii) 補助スカラー場が自発的に破れた対称性に関連する自由度を持つことができるシュテュッケルベルク形式を使用する、さらに最近では、iii) 背景の存在下での与えられた重力構成の等長変換を利用する。 これは最終的に、背景場がキリングベクトルに沿ってリードラッグされることを必要とする。 本研究では、後者のアプローチをさらに発展させ、ゲーデル計量と極小重力標準模型拡張を含む具体的な例に焦点を当てて適用する。 結果として得られるダイナミクスが制約方程式と完全に整合し、新しいノイマン恒等式を生成することを示す。 さらに、臨界半径を解析することにより因果律の破れを調査する。 臨界半径は背景場に明示的に依存することが判明している。 この依存性により、時空において因果領域と非因果領域の両方が出現する。 |