[論文レビュー] Nonequilibrium Quantum Fields in Cosmology: Comments on Selected Current Topics

B. L. Hu|ArXiv.org|Sep 27, 1994

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、閉時路形式や影響汎関数法などの非平衡量子場理論的手法を宇宙論的問題に応用し、粒子生成におけるエントロピー生成、量子銀河形成、インフレーション期の相転移を理解するための新しい枠組みを提案する。曲がった時空におけるオープン量子系を研究するための理論的ツールを発展させ、非平衡熱力学を越えた初期宇宙のダイナミクスに関する概念的洞察を提供する。

ABSTRACT

Concepts of quantum open systems and ideas of correlation dynamics in nonequilibrium statistical mechanics, as well as methods of closed-time-path effective action and influence functional in quantum field theory can be usefully applied for the analysis of quantum statistical processes in gravitation and cosmology. We raise a few conceptual questions and suggest some new directions of research on selected currrent topics on the physics of the early universe, such as entropy generation in cosmological particle creation, quantum theory of galaxy formation, and phase transition in inflationary cosmology.

研究の動機と目的

• 非平衡統計力学およびオープン量子系理論を、宇宙論における量子場の過程に適用すること。
• 宇宙論的粒子生成におけるエントロピー生成という概念的課題に取り組むこと。
• 特に銀河形成を含む、初期宇宙における構造形成の量子的起源を探索すること。
• 量子場理論的手法を用いて、インフレーション宇宙論における相転移を検討すること。
• 有効場理論的手法を用いて、量子重力および初期宇宙物理学における新しい研究方向性を提起すること。

提案手法

• 曲がった時空における非平衡量子場力学を記述するために、閉時路（CTP）有効作用形式を用いる。
• 宇宙論的状況における量子場と環境の相互作用をモデル化するために、影響汎関数法を適用する。
• 相関ダイナミクスや不可逆的過程といった、非平衡統計力学の概念を統合する。
• 量子オープン系の技術を重力的および宇宙論的文脈に適応する。
• 発散および非摂動的効果を取り扱うために、格子正則化された場理論的手法を用いる。
• これらの手法を、粒子生成や時空の拡張に伴う相転移といった時間に依存する現象を研究するために適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非平衡量子場理論は、宇宙論的粒子生成におけるエントロピー生成をどのように記述できるか？
• RQ2 量子デコherenceおよび相関が、銀河のような古典的構造の出現に果たす役割は何か？
• RQ3 インフレーション期の相転移は、量子場の非平衡ダイナミクスにおいてどのように現れるか？
• RQ4 オープン量子系手法は、時空が拡張する状況における量子場の記述をどのように改善するか？
• RQ5 CTP形式と宇宙論的モデルを組み合わせることで、どのような新しい理論的枠組みが生じるか？

主な発見

• CTP有効作用は、宇宙論的進化における量子場の不可逆的過程を一貫して記述するための枠組みを提供する。
• 粒子生成におけるエントロピー生成は、オープン量子系におけるデコherenceおよび情報損失に関連している。
• 影響汎関数アプローチにより、曲がった時空における量子場の有効運動方程式を体系的に導出できる。
• インフレーションモデルにおける相転移は、非平衡相関関数および非マークフ・ダイナミクスを通じて分析可能である。
• 量子銀河形成は、初期場のデコherenceおよびもつれダイナミクスから生じうる。
• 本論文は、宇宙論において非平衡に離れた量子場を研究するための概念的基盤を確立し、非摂動的解析のための新しい道筋を示唆する。