[論文レビュー] A Model of Anthropic Reasoning, Addressing the Dark to Ordinary Matter Coincidence

Frank Wilczek|ArXiv.org|Aug 14, 2004

Semantic Web and Ontologies参考文献 2被引用数 36

ひとこと要約

本稿では、観測されたダークマターと通常の物質の密度の近似等価性が、人為的選択によって生じる多宇宙ベースのモデルを提案する。Peccei-Quinn対称性の破れ後の初期不整合角が異なる多宇宙において、不整合角が小さい領域（体積的にはまれだが、潜在的観測者が豊富に存在する）は、自然にダークマター対バリオンマター比が1に近くなる。このモデルは、初期不整合角が小さい場合に大きなPeccei-Quinnスケールを許容することで、従来のアクシオン宇宙論の制約を回避し、長年の宇宙論的一致問題に対する半定量的説明を提供する。

ABSTRACT

If inflation occurs after the breaking of Peccei-Quinn symmetry then large values of the breaking scale $F$, which are forbidden in conventional axion cosmology, are permitted, provided that we inhabit a region of the Multiverse where the initial misalignment is small. Regions having approximately this initial misalignment may occupy a small volume of the Multiverse, but they contain a large fraction of potential observers. This scenario has many consequences, including a possible explanation of the approximate equality of dark and baryon matter densities.

研究の動機と目的

• ダークマターとバリオンマター密度がおおよそ等しい理由が長年にわたりなぜ生じるのか、という長年の宇宙論的一致問題に取り組む。
• 人為的思考が、この近似等価性を、恣意的でない、妥当な説明として提供できるかを検討する。
• 多宇宙における観測者加重確率が、小さな不整合角を支持し、r ≈ 1を生じるが、そのような領域は体積的にはまれであるにもかかわらず、r ≈ 1を自然に導くことを示す。
• 初期不整合角が小さい場合に大きなFスケールを許容することで、従来のアクシオン宇宙論を拡張し、標準的制約を回避する。
• このメカニズムを、 Weinbergの宇宙定数問題と統一的なスカラー場記述によって結びつける、より広範な人為的枠組みに接続する。

提案手法

• 初期不整合角が異なる領域が存在する不均一な超視界スケール構造を持つ多宇宙を仮定し、それぞれの領域がPeccei-Quinn対称性の破れを経験する。
• インフレーション後における不整合メカニズムによるアクシオン生成をモデル化し、不整合角が最終的なアクシオン（ダークマター）密度を決定する。
• 空間的体積ではなく、各領域に存在する潜在的観測者の数に重みを置いた多宇宙における測度を導入する。
• 初期不整合角が小さい場合にPeccei-QuinnスケールFを大きく（プランクスケールまで）許容できることを仮定し、アクシオンストリング生成による制約を回避する。
• 人為的思考を適用し、ダークマター対バリオン比rが1に近い領域（観測者が存在可能な唯一の領域）を選択する。
• 宇宙定数に類似したアクシオン場を含めるフレームワークを拡張し、rとΛを独立に変化可能とし、両者の共同人為的制約を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークマターとバリオンマター密度比rが1に近いのは、両者が根本的に異なる物理的メカニズムから生じるにもかかわらず、なぜか？
• RQ2 人為的思考により、標準模型を超える微調整や新しい物理学を必要とせず、観測されたr ≈ 1を説明できるか？
• RQ3 Peccei-Quinn対称性の破れ後の初期不整合角が異なる多宇宙において、体積的にまれな領域であるにもかかわらず、観測者加重確率がr ≈ 1を支持するのか？
• RQ4 初期不整合角が小さい場合に、アクシオン宇宙論において大きなPeccei-QuinnスケールFを許容できるか？ これにより、標準的宇宙論的制約を回避できるか？
• RQ5 rと宇宙定数Λが多宇宙内で独立に変化可能である場合、両者の人為的制約はどのように相互作用するか？

主な発見

• 初期不整合角が小さい領域（体積的にはまれだが、潜在的観測者が豊富に存在する）は、ダークマター対バリオンマター比rが1に近くなる。これは観測された一致を説明する。
• 初期不整合角が小さい場合に大きなPeccei-QuinnスケールF（プランクスケールまで）を許容でき、従来のアクシオン宇宙論の制約を回避する。
• 観測者加重確率分布はr ≈ 1を支持するが、体積加重分布は大きなrを支持する。これは、低不整合領域に高い観測者密度があるためである。
• この代替宇宙論でも、アクシオン場は寒冷暗黒物質を生成し、キャスティック構造を形成し、最小限の非重力的相互作用を示す。
• このモデルは、多宇宙統計と人為的選択に基づいた、恣意的でないr ≈ 1の一致の動的説明を提供する。
• このフレームワークは、宇宙定数に類似したアクシオン場を含めるように拡張可能であり、rとΛの独立変化を可能とし、両者に人為的制約を課すことができる。