[論文レビュー] Energy Emission by Quantum Systems in an Expanding FRW Metric

Daniel P. Sheehan, V. Kriss|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、膨張するフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー（FRW）宇宙における束縛量子系が、メトリック収縮エネルギー（MCE）と呼ばれるエネルギーを放出すると提案している。その放出率は、局所的なハッブル定数と束縛エネルギーに比例し、ハドロンは時間積分されたエネルギーを顕著に放出しており、これがダークマターの顕著な割合を占める可能性がある。

ABSTRACT

Bound quantum mechanical systems not expanding with the comoving frame of an expanding, flat FRW metric are found to release energy at a rate linearly proportional to the local Hubble constant ($H_{o}$) and the systems' binding energy ($E_{b}$); {\em i.e.}, $\dot{E} = H_{o} E_{b}$. Three exemplary quantum systems are examined. For systems with early cosmological condensation times | notably hadrons | time-integrated energy release could have been significant and could account for an appreciable fraction of the dark matter inventory.

研究の動機と目的

• 共動FRW計量に従わない束縛量子系からのエネルギー放出を調査すること。
• 量子スケールでのメトリック拡張が検出可能なエネルギー放出を引き起こす可能性を検討すること。
• 初期に凝縮した系（例：ハドロン）の時間積分MCEがダークマターに寄与する可能性を評価すること。
• 拡張宇宙における全エネルギー保存に与える影響を検討すること。

提案手法

• すべての重力的古典的スケール長さ、プランクスケールまでメトリック拡張が発生すると仮定する。
• 束縛系を共動フレームでは収縮しているが、固有フレームでは空間的に安定しているとモデル化する。
• ハッブル定数と束縛エネルギーを用いて、瞬時のMCE放出率をḊE = H₀E_bとして導出する。
• H(t) = α/tを用いて、宇宙論的系への時間積分MCEを適用し、α = 1/2（放射支配期）およびα = 2/3（物質支配期）とする。
• 定数の束縛エネルギーを仮定して、凝縮時刻t_cから現在までの∫(H₀E_b)dtを用いて、全MCEを計算する。
• 束縛エネルギーと凝縮時刻に基づき、ハドロン、原子核、原子、分子のMCE寄与を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 膨張するFRW計量内の束縛量子系は、メトリック収縮によってエネルギーを放出するのか？
• RQ2 初期に凝縮した系（例：ハドロン）のエネルギー放出率と全エネルギー放出（MCE）は何か？
• RQ3 宇宙の進化過程において、ハドロンが放出した時間積分MCEは、ダークマターの顕著な割合を占めるのか？
• RQ4 このMCEモデルは、宇宙論における全エネルギー保存にどのように影響を与えるか？
• RQ5 MCEのエネルギー源は、宇宙の拡張、ダークエネルギー、あるいは他の貯蔵源に起因しているのか？

主な発見

• 瞬時のエネルギー放出率（MCE）は、局所的なハッブル定数と系の束縛エネルギーに線形に比例する：ḊE = H₀E_b。
• 早期に凝縮した（t_c ≈ 10⁻⁴ s）ハドロンでは、凝縮時よりの時間積分MCEは、現在の宇宙のバリオン質量エネルギーのおよそ3倍に達すると推定される。
• クォーク＝ハドロン転移付近の熱的効果を含めると、全MCEはバリオン質量エネルギーの最大10倍に達する可能性がある。
• 原子核、原子、分子系は、低エネルギーの束縛エネルギーと遅い凝縮時刻のため、MCEに著しい寄与をしない。
• このモデルは、MCE放出が、量子スケールでさえもメトリック拡張に結びついた連続的プロセスであると示唆している。
• MCEのエネルギー源はまだ明確でないが、宇宙の拡張またはダークエネルギーに関連している可能性があるが、モデルでは全エネルギー保存は仮定されていない。