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    jmp
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    <journal-title>
     Journal of Modern Physics
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    2153-1196
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   <issn publication-format="print">
    2153-120X
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jmp.2025.164032
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    jmp-142220
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     <subject>
      Articles
     </subject>
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    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
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   </article-categories>
   <title-group>
    Exploring Gravitational Soliton
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Bi
      </surname>
      <given-names>
       Qiao
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aPhysics Department, Science School, Wuahan University of Technology, Wuhan, China
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     27
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     03
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     2025
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    16
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    04
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      14,
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      March
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      2025
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    <date date-type="published">
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      22,
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     <month>
      March
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      2025
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    <date date-type="accepted">
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      22,
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      April
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      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    This paper constructs a four-dimensional gravitational soliton solution that strictly satisfies Einstein’s vacuum field equations, revealing the intrinsic connection between strong-field nonlinear gravity and weak-field linear theory, and proposes a nonlinear unified mechanism for electromagnetic-gravitational interaction. Based on light-cone coordinates and transverse plane polarization structures, a metric form with a 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
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        <mi>
         sech
        </mi>
       </mrow> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         k
        </mi>
        <mi>
         u
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> type envelope is developed, and its waveform stability is shown to arise from the dynamic balance between nonlinear self-interaction terms and spacetime dispersion effects. The study demonstrates that in the weak-field limit, the soliton degenerates into linear gravitational waves, whose polarization mode 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        h
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
         i
        </mi>
        <mi>
         j
        </mi>
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       A
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        ϵ
       </mi> 
       <mo>
        +
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       B
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        ϵ
       </mi> 
       <mo>
        ×
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> strictly corresponds to a spin-2, zero-mass graviton, indicating that gravitons are essentially low-energy approximations of nonlinear fields. Further, through the generalized gauge transformation theory, it is shown that two electromagnetic optical solitons in the strong-field region can nonlinearly couple into a gravitational soliton. This process degenerates in the weak-field limit to photon-graviton conversion, supporting the gauge symmetry unification of electromagnetic and gravitational interactions. Additionally, it is predicted that the characteristic waveform of the soliton (such as the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
         sech
        </mi>
       </mrow> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> envelope and the absence of high-frequency cutoff spectra) may generate signals in high-energy astrophysical events that differ from linear gravitational waves, providing a new target for future gravitational wave detection. This work establishes for the first time a strict generalized gauge transformation relationship between solitons, gravitons, optical solitons, and polarized photons, offering an exploratory paradigm for the unified theory of strong-field gravity and electromagnetism.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Gravitational Soliton
    </kwd> 
    <kwd>
      Einstein Equation
    </kwd> 
    <kwd>
      Gauge Transformation
    </kwd> 
    <kwd>
      Graviton
    </kwd> 
    <kwd>
      Dual Photon
    </kwd> 
    <kwd>
      Nonlinear Effects
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>As a cornerstone theory describing the interplay between spacetime and matter, general relativity has achieved remarkable validations through gravitational wave detections <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-1">
     [1]
    </xref> and black hole imaging <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-2">
     [2]
    </xref>, marking a new era in humanity’s understanding of strong-field gravitational phenomena. However, under extreme strong-field conditions (e.g., near black hole horizons or in the early universe), nonlinear effects of spacetime geometry become prominent, rendering conventional perturbative approaches inadequate and urgently necessitating the exploration of non-perturbative gravitational degrees of freedom. Recently, solitons—quasi-particles exhibiting energy localization and stable propagation in nonlinear systems—have demonstrated universality across hydrodynamics <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-3">
     [3]
    </xref>, nonlinear optics <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-4">
     [4]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-9">
     [9]
    </xref>, and other domains, yet their role in gravitational theory remains enigmatic. A pivotal question arises: whether the graviton (a spin-2 massless boson in weak-field linearization) evolves into nonlinear solitons in strong-field regimes. Addressing this may hold the key to unifying quantum gravity and fundamental interactions.</p>
   <p>In gravitational soliton research, Belinski and Zakharov pioneered exact solutions to Einstein’s equations via the inverse scattering method, unveiling profound connections between integrable structures and solitonic behaviors <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-5">
     [5]
    </xref>. Bondi et al. elucidated nonlinear effects and energy localization in gravitational wave propagation through radiative solutions <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-10">
     [10]
    </xref>. The team led by Mo-Lin Ge systematically investigated higher-dimensional solitonic solutions and their gauge symmetries, proposing soliton-generation mechanisms in gravity-matter coupled systems <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-11">
     [11]
    </xref>, thereby laying critical groundwork for nonlinear gravitational theories. Nevertheless, existing studies predominantly focus on mathematical constructions, lacking physical interpretations of soliton quantum properties and their connections to standard gravitons <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-12">
     [12]
    </xref>. Furthermore, the unification of electromagnetic and gravitational interactions remains constrained by linear gauge symmetry frameworks, failing to reveal transformation laws in nonlinear regimes <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-13">
     [13]
    </xref>.</p>
   <p>This work aims to establish rigorous gravitational soliton solutions satisfying Einstein’s vacuum field equations, unravel their correspondence with gravitons, and explore nonlinear unification mechanisms for electromagnetic-gravitational interactions. Specifically:</p>
   <p>1) By employing null coordinates and transverse-traceless polarization structures, we construct metric solutions with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-type envelopes, demonstrating waveform stability through dynamic balance between nonlinearity and dispersion (Section 2);</p>
   <p>2) Through weak-field limit analysis, we rigorously correlate the spin-2, massless nature of solitons with standard graviton properties (Section 3, Section 4);</p>
   <p>3) Proposing a generalized gauge transformation theory <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-14">
     [14]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-18">
     [18]
    </xref>, we prove that two optical solitons in strong-field regimes can merge into one gravitational soliton—a process reducing to photon-graviton conversion in weak-field limits (Section 5, Section 6).</p>
   <p>This study not only provides a novel mathematical framework for the non-perturbative quantization of strong-field gravity, but also provides a new perspective for the unification of electromagnetism and gravity.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Gravitons</title>
   <p>In gravitational wave theory, when the wave propagates along the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       z 
     </mi> 
    </math>-axis, the polarization tensor can be expressed as a linear combination of the “addition” mode ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>) and the “multiplication” mode ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>) in the transverse 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> plane. The two basis tensors are in the form of:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⇒ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        ∝ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⇒ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        ∝ 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1)</p>
   <p>They satisfy the condition of symmetric tracelessness and form an orthogonal normalized basis on the two-dimensional transverse plane. Any symmetric traceless two-dimensional tensor 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> can be decomposed into:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> (2)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> correspond to the amplitudes of the two polarization modes, respectively. Here, the transverse perturbation of the polarization mode is represented by the quadratic form: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is the spatial distribution of the addition mode, corresponding to the stretching and compression along the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       y 
     </mi> 
    </math> axes; 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is the spatial distribution of the multiplication mode, corresponding to the shear deformation at 45˚ to the coordinate axis. For the following matrix</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>(3)</p>
   <p>by decomposition, we can get:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(4)</p>
   <p>This shows that the gravitational wave contains both “addition” and “multiplication” polarization modes, with amplitudes of 2. This decomposition physically reflects the polarization state of the gravitational wave and its oscillation characteristics in the transverse plane. The polarization decomposition coefficients of its matrix are: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. It strictly conforms to the theoretical framework of the gravitational wave polarization tensor, but note that 2 only reflects the strength of the force field, and the two polarization modes are still determined by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Therefore, in quantum gravity, we can call this gravitational wave composed of two polarization modes as graviton. It has the characteristics of spin 2 and rest mass 0. At the same time, we are also very surprised to see that the photon, as the quantum of electromagnetic field, also has rest mass 0 and spin 1. This makes it easy for us to associate, can two photons form a graviton? We will prove later that this is possible under generalized gauge transformation, showing that electromagnetic force can be transformed into gravity under generalized gauge transformation.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Gravitational Solitons</title>
   <p>However, gravitons are obtained under the conditions of weak field and linearization of Einstein’s equations, which makes us suspect that under the conditions of non-weak gravitational field, gravity may not contain gravitons. One possibility is the existence of gravitational solitons. The existence of gravitational solitons has been derived by mathematical physicists <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-19">
     [19]
    </xref>, but it is said that its existence seem be not very realistic <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-20">
     [20]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-21">
     [21]
    </xref>. This paper attempts to construct gravitational solitons with physical significance. We first start directly from the metric.</p>
   <p>In order to construct a metric containing isolated subterms, it is necessary to verify that it satisfies 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> in a vacuum. We can proceed as follows: Consider the gravitational waves propagating along the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       z 
     </mi> 
    </math> direction and use the p wave (plane front wave) metric. The specific metric is constructed after repeated numerical calculation experiments as follows: First, we construct a metric function containing a dual polarization mode</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(5)</p>
   <p>Then, using the above formula, we construct a metric with gravitational solitons as follows:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>(6)</p>
   <p>Gravitational solitons are expressed in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then, in order to verify that this metric can indeed describe gravitational solitons in vacuum and is indeed a solution of the Einstein’s vacuum field equations, we need to see whether it satisfies 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Here, the Einstein equations in vacuum are obtained by taking the trace of the original Einstein equations and finding 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and then substituting it into the original equations, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the Ricci tensor, which is related to the metric through the Christoffel symbol. Under the weak field approximation, assuming the metric 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the Minkowski metric, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>), and only retaining the first-order term of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, defining 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and the Lorentz gauge 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the vacuum Einstein equations are linearized to the form of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        □ 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
       □ 
     </mo> 
    </math> is the D’Alembert operator and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the trace of the original perturbation.</p>
   <p>So, the verification is shown in following rigorous calculations:</p>
   <p>1) Metrics and Coordinate Conventions</p>
   <p>Using light cone coordinates 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, through defining</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(7)</p>
   <p>we construct a metric with gravitational solitons as (6) from Equation (5), where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the only non-straight term, corresponding to the perturbation of the metric 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we can decompose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> into two quadratic forms:</p>
   <p>At this time, the decomposition into polarization modes is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(8)</p>
   <p>2) Metric Tensor with Non-Zero Components</p>
   <p>Here the non-zero metric components are:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(9)</p>
   <p>Then the corresponding non-zero inverse metric component of the inverse metric is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(10)</p>
   <p>3) Christoffel Symbolic Computation</p>
   <p>The non-zero Christoffel symbols are:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (11)</p>
   <p>The else are all zero, such as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo> 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>,(12)</p>
   <p>And all Christoffel symbols contain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       v 
     </mi> 
    </math> are zero, and so on. Note that since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, but the inverse metric 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is non-zero only when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, in actual calculation we can only get 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, but 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>4) Riemann Tensor Calculation</p>
   <p>Key non-zero components ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> as an example):</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>(13)</p>
   <p>After substituting the symbols: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo> 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(14)</p>
   <p>Similarly:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(15)</p>
   <p>5) Ricci Tensor Calculation</p>
   <p>By the standard definition of the Riemann tensor,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         ν 
       </mi> 
      </msub> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>(16)</p>
   <p>All components ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>) are calculated by the four-dimensional contraction rule:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         ν 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>(17)</p>
   <p>Note: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> lower two indices of Christoffel symbols are symmetric.</p>
   <p>Then the transverse component is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>(18)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> (19)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> (20)</p>
   <p>Where since the inverse metric ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>), all Christoffel symbols involving 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       v 
     </mi> 
    </math> are zero , then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> in the above formulas are</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (21)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(22)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(23)</p>
   <p>Since all Christoffel symbols involving 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       v 
     </mi> 
    </math> are zero, hence 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. And 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(24)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(25)</p>
   <p>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> in the above formula, the third term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>: if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and the contribution is zero; if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and the contribution is zero; if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and the contribution is zero. While in the fourth term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>: if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the contribution is zero; if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the contribution is zero; if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         Γ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the contribution is zero. So the final sum is zero, that is, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Furthermore, because of the metric’s symmetry and lack of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> coupling in off-diagonal terms, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore we finally obtain:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(26)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(27)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(28)</p>
   <p>Substituting 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in formula (28), we get</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(29)</p>
   <p>Hence we have:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(30)</p>
   <p>In this way, through the Ricci tensor formula and strict four-dimensional contraction rules, we verified the following results:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> (31)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (32)</p>
   <p>Thus we have proved</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (33)</p>
   <p>This shows that the metric (5) constructed above can indeed express the metric of gravitational solitons. Furthermore in the weak field limit, that is, when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the perturbation of metric (5) degenerates into:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(34)</p>
   <p>The corresponding linear combination of polarization matrices is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>(35)</p>
   <p>This is consistent with the polarization pattern of weak-field gravitons:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(36)</p>
   <p>And in weak field, it degenerates into:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The transformation phase factor of the polarization tensors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> under rotation is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ± 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, which directly corresponds to the helicity of the graviton 2. The helicity is fully compatible with the description of gravitational waves and gravitons in the framework of general relativity.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Physical Properties of Gravitational Solitons</title>
   <p>By constructing a dual-polarized metric function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we derive a gravitational soliton solution that satisfies the vacuum Einstein field equations 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Below, we analyze its physical properties and explore its potential role within gravitational fields.</p>
   <p>1) Physical properties of gravitational solitons</p>
   <p>a) Locality and Propagation Characteristics</p>
   <p>This soliton manifests as a localized waveform, where the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> function in the metric delineates a compact envelope along the propagation direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. As 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        sech 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> decays exponentially for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mo>
        ± 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, the perturbation energy is confined to a finite spacetime region, embodying the hallmark of solitons. Propagating along the null direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> at the speed of light, it aligns with the behavior of linear gravitational waves, yet its nonlinear nature ensures waveform stability.</p>
   <p>b) Energy Localization</p>
   <p>In the weak-field approximation, the energy-momentum tensor of gravitational waves scales with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Given 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> incorporates 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, the energy density remains localized along the propagation direction, preventing dissipation with distance. The nonlinear terms (e.g., 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>) balance dispersive effects (e.g., 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>), sustaining a stable waveform akin to solitons in the KdV equation.</p>
   <p>c) Polarization Modes</p>
   <p>The soliton exhibits dual polarization superposition: the perturbation decomposes into “plus” ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>) and “cross” ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>) modes, reflecting the two classical polarization states of gravitons. This corresponds to helicity states, where complex combinations 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ± 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ± 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> can represent quantum-like graviton states with helicity ±2.</p>
   <p>d) Stability</p>
   <p>As an exact solution to the vacuum Einstein equations, the soliton exhibits robustness, remaining stable absent external perturbations. During interactions, such as collisions, the nonlinearity of general relativity may induce phase shifts or energy exchanges, necessitating further numerical simulations for validation.</p>
   <p>e) Parameter Dependence</p>
   <p>The soliton’s amplitude is governed by parameters 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       B 
     </mi> 
    </math>, while its width scales as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. The condition 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> ~ constant reflects a balance between nonlinearity and dispersion, a defining trait of soliton dynamics.</p>
   <p>2) Role of Gravitational Solitons in Gravitational Fields</p>
   <p>a) Fundamental Excitation Mode</p>
   <p>Classically: In strong-field or high-frequency regimes, these solitons may serve as fundamental nonlinear excitation modes of the gravitational field, analogous to optical solitons in nonlinear optics.</p>
   <p>Quantum Correspondence: In the weak-field limit, they reduce to gravitons, suggesting solitons might represent coherent states or classical analogs of gravitons, though this awaits confirmation from quantum gravity theories.</p>
   <p>b) Composition of Gravitational Fields</p>
   <p>Diversity of Solutions: General relativity admits multiple vacuum solutions (e.g., black holes, gravitational waves, cosmological spacetimes), with solitons being one among many, insufficient to encapsulate the entirety of gravitational phenomena.</p>
   <p>Dominance in Extreme Conditions: In astrophysical events like black hole mergers or neutron star collisions, short-lived strong-field regions may emerge where such solitons constitute significant transient components.</p>
   <p>c) Observational Implications</p>
   <p>Gravitational Wave Detection: If present, these solitons’ distinctive 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>-enveloped waveforms could appear in LIGO/Virgo data as non-sinusoidal modulated signals, distinguishable from the chirp signatures of linear gravitational waves.</p>
   <p>Energy Scales: For nonlinear effects to be prominent, the amplitude 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> must be significant (e.g., 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>), potentially arising in extreme astrophysical scenarios.</p>
   <p>3) Theoretical Extensions and Open Questions</p>
   <p>a) Coupling with Matter Fields</p>
   <p>Matter Interactions: Currently a vacuum solution, the soliton’s coupling with matter fields (e.g., electromagnetic fields or fluids) requires investigation to assess stability and energy transfer dynamics.</p>
   <p>b) Higher-Dimensional Generalization</p>
   <p>Extra-Dimensional Models: In frameworks like Kaluza-Klein theory or brane-world scenarios, higher-dimensional solitons might manifest as effective gravitational sources in lower dimensions, influencing cosmological structures.</p>
   <p>c) Quantization Efforts</p>
   <p>Soliton Quantum States: Exploring solitons as quantum gravitational states via path integrals or canonical quantization poses a formidable challenge, given the mathematical complexity beyond current capabilities.</p>
   <p>In short, the constructed dual-polarized gravitational soliton exhibits remarkable properties—localized energy, stable propagation, and tunable polarization modes—reverting to linear gravitons in weak fields while showcasing nonlinear effects in strong regimes. Although it cannot solely account for the entirety of gravitational fields, it may play a pivotal role in extreme physical processes. Future investigations, integrating numerical simulations, astrophysical observations, and quantum gravity explorations, will further elucidate its profound physical significance.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Two Optical Solitons Converted into One Gravitational Soliton</title>
   <p>We have proposed that two photons can be converted into a graviton under the generalized gauge transformation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-14">
     [14]
    </xref>. Here we make an upgraded version, that is, under the framework of generalized gauge transformation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-10">
     [10]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-14">
     [14]
    </xref>, we convert two light solitons into one gravitational soliton, and then under weak field conditions, transform this conversion into the conversion of two photons into one graviton.</p>
   <p>First, let’s make the goal specific, which is to transform the polarization state matrix of the two optical solitons 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> into the form of the gravitational soliton 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> by constructing a suitable gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore, constructing a suitable gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the key. The following is a detailed analysis:</p>
   <p>Step 1: Using the generalized gauge transformation equation</p>
   <p>The transformation equation is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>(37)</p>
   <p>Here 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       d 
     </mi> 
    </math> is the exterior differential; the goal is to transform 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, which contains the cross-polarization term B.</p>
   <p>Step 2: Construct the canonical transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>After repeated observation, we construct 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as the rotation and scaling matrix related to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math>, which belongs to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(38)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the function to be determined.</p>
   <p>Step 3: Calculate the transformation</p>
   <p>1) Similarity transformation terms:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mo> 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (39)</p>
   <p>2) Exterior differential term: In the gauge transformation equation, the exterior differential operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       d 
     </mi> 
    </math> acts on the coordinate-dependent matrix function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which is actually a zero-form vector space value. Since the metric and polarization matrices 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> here are both in the light cone coordinate 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> (rather than time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>), 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the derivative of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-22">
     [22]
    </xref>, that is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(40)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(41)</p>
   <p>From the above, the standard transformation matrix is (38), namely</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Its inverse matrix is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(42)</p>
   <p>Therefore, we obtain</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (43)</p>
   <p>Expand the derivative:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(44)</p>
   <p>Multiply 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>, taking advantage of the orthogonality of the rotation matrix:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(45)</p>
   <p>After simplification, we get:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(46)</p>
   <p>So the exterior differential term is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(47)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Step 4: Match the target form</p>
   <p>Adding the two terms ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) yields 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (48)</p>
   <p>Require the right side to be equal to the target:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(49)</p>
   <p>Step 5: Solve the parametric equations</p>
   <p>3) Diagonal matching:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        cos 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⇒ 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        cos 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (50)</p>
   <p>Off-diagonal items match:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(51)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(52)</p>
   <p>That is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(53)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(54)</p>
   <p>Combining the above two equations, we get:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (55)</p>
   <p>Hence we obtain:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        ⇒ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (56)</p>
   <p>Therefore, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> must be a constant. Substituting 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> into equation (50) or (51) yields:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (57)</p>
   <p>Considering the solution (50) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mi>
        cos 
      </mi> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> it is clear that: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>So the solution of the differential Equation (45) is a constant:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        arccos 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mtext>
          ​ 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        arcsin 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(58)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       B 
     </mi> 
    </math> satisfy</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (59)</p>
   <p>Therefore, by solving Equation (54), we can choose the appropriate gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> to convert the polarization state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> of the optical soliton into the form of the gravitational soliton 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, that is,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mover> 
       <mo>
         ⇒ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mover> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(60)</p>
   <p>Specifically:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mtext>
         T 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(61)</p>
   <p>From this, we can directly derive 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. (ii) Geometric interpretation of the polarization pattern: It has generalized rotational symmetry, that is, the polarization state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of the gravitational soliton can be regarded as a two-dimensional pseudo-orthogonal transformation (similar to the Lorentz boost), whose parameters need to satisfy constraints similar to the “pseudo-rotation angle” ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        cosh 
      </mi> 
      <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        sinh 
      </mi> 
      <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>), but in this model it is simplified to the Euclidean normalized 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, implying some kind of complex phase combination. (iii) Unitarity of gauge transformation, that is, if the gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> needs to maintain unitarity (such as matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> now belongs to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and is isomorphic to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        U 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>), then the transformed connection form 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> must satisfy the Lie algebra constraint, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is the embodiment of the normalization of the generators.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>However, its physical meaning and the behavior of the solution are essentially different from the linear case when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The following is a detailed analysis:</p>
   <p>a) Nonlinear case (arbitrary 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>):</p>
   <p>In this case, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> decays exponentially as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> increases ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>), causing the amplitude of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> to be localized near 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which is consistent with the typical characteristics of solitons—energy is concentrated in a limited area and decays rapidly in the distance.</p>
   <p>b) Gravitational soliton characteristics:</p>
   <p>The local envelope of the nonlinear solution 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and the dynamic polarization mixing work together to keep the waveform in shape during propagation, satisfying the stability condition of the soliton; not only that, when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, the amplitude of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> tends to zero, but the energy density peak is still concentrated at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which meets the definition of “energy localization” of the soliton. This characteristic is consistent with the soliton solution in the KdV equation (such as the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> envelope). Although the amplitude of the nonlinear solution decays as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, its core properties still meet the definition of a soliton, namely, localized energy distribution: energy is concentrated in a limited spatial region. Waveform propagation stability: no dispersion or attenuation (relative shape preservation). Therefore the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> by the gauge transformation</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>through the generalized gauge transformation Equation (37) does describe the gravitational soliton.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. Nonlinear Solutions Degenerate into Linear Solutions</title>
   <p>In the short-time or near-field approximation of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the nonlinear solution will indeed degenerate into a linear solution, that is, the linear solution is a special case of the nonlinear solution under specific conditions. At this time, because 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the polarization state matrix in the linear solution is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This is consistent with the polarization matrix expression of gravitons.</p>
   <p>Moreover, the linear solution is a short-time approximation of the nonlinear solution, that is, when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, nonlinear effects (such as amplitude attenuation, polarization dynamic mixing) can be ignored, and the system is dominated by linear transformation. At this time, the nonlinear solution degenerates into a linear solution. Under the short-time approximation, the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        sech 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> factor in the gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> approaches 1, and the transformation degenerates into a pure rotation operation, which is consistent with the geometric symmetry of the linear model. That is, under the conditions of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (short-time or near-field approximation) and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(polarization intensity conservation), through the generalized gauge transformation matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the polarization state matrix of the two photons can be:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(62)</p>
   <p>Convert to a polarization state matrix of a graviton:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(63)</p>
   <p>The specific analysis is as follows:</p>
   <p>1) Short-term approximation 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>Physical meaning: The system is in a transient or localized state, nonlinear effects (such as dispersion or self-focusing) can be ignored, and linear transformation is dominant. Mathematical simplification: At this time, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the polarization state amplitude is approximately constant, and the gauge transformation degenerates into a linear rotation operation:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>2) Parameter constraint 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>Intensity conservation: The total energy of the photon polaritons 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
         <mtext>
           T 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is completely mapped to the graviton polaritons 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mtext>
           T 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sech 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is required 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> to maintain energy conservation. The constraints are equivalent to the normalization of the two-dimensional rotation group, ensuring the geometric consistency of polaritons mixing. In short, under the above conditions, the model does realize the conversion of two photons into one graviton through generalized gauge transformation. Specifically, it is manifested as: a) Recombination of polarization states: The transverse linear polarization state of the photon (“additive” mode) is mixed into the transverse-longitudinal mixed polarization state of the graviton (“additive” and “multiplicative” modes) through rotation. b) Complete mapping of energy: The parameter constraint 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> ensures that the photon energy is losslessly converted into the graviton energy. c) Feasibility of transient processes: In the short-time approximation, nonlinear effects can be ignored and the conversion process is dominated by linear gauge transformation, which is compatible with actual high-energy transient phenomena (such as the early stages of black hole collisions).</p>
   <p>In summary, under the condition of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the model does describe the transformation of two photons into one graviton through a generalized gauge transformation, which is manifested in the reorganization of polarization states and energy conservation, namely</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mover> 
       <mo>
         ⇒ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mover> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (64)</p>
   <p>Here 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> can represent the polarization state of the graviton for the following reasons: 1) it satisfies the transverse tracelessness and meets the TT specification requirements of gravitational waves; 2) it can be decomposed into a linear combination of the standard polarization tensors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>; 3) the normalization condition is consistent with the characteristics of helicity 2, reflecting the spin properties of the graviton; (4) under the weak field approximation, the classical polarization mode directly corresponds to the quantum graviton state. The specific summary is shown in <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref> below:</p>
   <table-wrap id="table1">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-"></xref>Table 1. Comparison of characteristics of gravitational soliton and graviton.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Summary comparison</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center"></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center"></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td custom-top-td acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Feature</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td custom-top-td acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center">Nonlinear solution</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td custom-top-td acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center">Linear solution</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Matrix form</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center">Contains 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            sech 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center">There is no 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            sech 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Time range</p></td> 
      <td class="acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ≥ 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math> long time/far field</p></td> 
      <td class="acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ≪ 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math> Short-term/near field</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Polarization</p></td> 
      <td class="acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center">The nonlinear evolution of 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           u 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center">Static mixing polarization ratio</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Amplitude</p></td> 
      <td class="acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mi>
              sech 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ≈ 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math> concentration</p></td> 
      <td class="acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mi>
              sech 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ≈ 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math> distribution</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="27.09%"><p style="text-align:center">Meaning</p></td> 
      <td class="acenter" width="37.34%"><p style="text-align:center">Describing gravitational soliton</p></td> 
      <td class="acenter" width="35.57%"><p style="text-align:center">Transient polarization</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
  </sec><sec id="s7">
   <title>7. Conclusions and Prospects</title>
   <p>This study constructs a novel class of gravitational soliton solutions through rigorous mathematical frameworks, revealing profound connections between strong-field gravity and weak-field linearized theory, potentially establishing a possible new theoretical foundation for unified Electromagnetic force and Gravitational force. The principal conclusions are summarized as follows:</p>
   <p>1) Mathematical Realization of Gravitational Solitons</p>
   <p>By deriving a metric solution satisfying the Einstein vacuum field equations in formula (6), we obtain a rigorous solution within general relativity that exhibits definitive solitonic characteristics. This solution demonstrates three key properties:</p>
   <p>2) Unification of Nonlinear and Linear Regimes</p>
   <p>3) Implications for Quantum Gravity</p>
   <p>4) Observational and Applied Prospects</p>
   <p>In summary, this work bridges soliton physics and quantum gravity theory. It further demonstrates that electromagnetic interactions can transform into gravitational interactions under generalized gauge transformations, corroborating our earlier hypothesis on unified fundamental forces <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-10">
     [10]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142220-14">
     [14]
    </xref>. These findings may lay critical groundwork for exploring nature’s ultimate unification principles.</p>
  </sec>
 </body><back>
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