[論文レビュー] Bad Babies; or, Vacuum Selection and The Arrow of Time

Brett McInnes|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 23被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、弦理論における真空崩壊を通じて生成されるベビー宇宙が、私たちの宇宙と一致する熱力学的時間の矢を発展させるには、極めて低いエントロピー初期状態が要求されるが、そのような状態が成立するのは極めてまれであるため、熱力学的時間の矢を有するベビー宇宙は弦のランドスケープにおいて極めて稀であると主張している。結論として、私たちの宇宙と同様に「何もなしに生成される」エントロピー原理に従う宇宙だけが、観測された時間の矢を自然に説明できることから、これは弦のランドスケープにおける強力な選別機構であると結論づけている。

ABSTRACT

Even if string theory has a landscape of internally consistent universes, and even if one has a mechanism for actually creating these universes [as “baby universes”], it may well prove to be the case that the babies will not resemble the Universe we observe. For they may not have an Arrow of time: even if some of them have basic physical laws essentially identical to those we have discovered, they may have the wrong initial conditions. We argue that it is extremely difficult, indeed probably impossible, for a baby universe to have an Arrow of time [of the kind we observe]. Therefore it cannot resemble our Universe. The only Universe[s] with an Arrow like ours may be the one[s] that was [were] “created from nothing”, in accordance with the Ooguri-Vafa-Verlinde “entropic principle”.1. The Arrow of Time and its Uses One of the most basic observations about our Universe is also one of the most difficult to explain: the existence of an Arrow of time [1][2][3][4]. Whether one examines the entropy that the early Universe might have had due to black holes [1] or uses “holographic” estimates of that entropy [4], the conclusion is that the initial conditions must have been “non-generic ” to an almost unimaginable degree. The difficulties involved in explaining this extraordinary feature of the Universe have recently attracted some attention, leading to a variety of proposed solutions [5][6][7][8]. In this challenge, however, there lies a great opportunity. For if an Arrow of time is something that is very difficult to establish, if in fact extremely few universes have an Arrow, then the Arrow becomes a powerful tool for selecting universes in any theory that presents us with a multitude of them. That is, demanding the existence of an Arrow may allow us to rule out large classes of universes which might have exactly the right gauge group, spectrum of particles, and so on — which might, in short, have everything except the right initial conditions. The importance of settling this question can hardly be overstated: in particular, it is clear that nothing meaningful can be said about populating the string landscape [9] until one has a good understanding of the Arrow. For whatever an “observer ” may be, one can feel confident that such devices do not exist if there is no

研究の動機と目的

• 弦理論における真空崩壊によって生成されるベビー宇宙が、自然に熱力学的時間の矢を発展させられるかどうかを調査すること。
• そのような宇宙が、私たちのものと同様の熱力学的時間の矢を有するにあたって必要な極めて低い初期エントロピー状態に到達できるかどうかを評価すること。
• 時間の矢が、弦のランドスケープにおける大多数の宇宙を除外する選別基準として機能できるかどうかを評価すること。
• 熱力学的時間の矢を観測されたものと一致させるには、『何もなしに生成される』エントロピー原理に従う宇宙のみが妥当に説明可能であると主張すること。

提案手法

• 偽真空崩壊に伴う量子トンネル効果によって生成されるベビー宇宙の初期状態を分析すること。
• ホログラフィック原理とエントロピー推定を用いて、ベビー宇宙における低エントロピー初期状態が成立する確率を評価すること。
• 初期のベビー宇宙のエントロピーを、私たちの宇宙の初期状態と比較し、特にブラックホールの寄与に注目すること。
• Ooguri-Vafa-Verlindeのエントロピー原理を、自然に熱力学的時間の矢を発展させられる宇宙の基準として用いること。
• ベビー宇宙における非一般的初期状態の確率を評価し、それが指数関数的に抑制されることを示すこと。
• 熱力学的時間の矢を有する初期状態に到達できるのは、『何もなしに生成される』メカニズムを持つ宇宙に限られることを結論づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弦理論における真空崩壊によって生成されるベビー宇宙は、自然に私たちの宇宙と一致する熱力学的時間の矢を発展させられるか？
• RQ2 ベビー宇宙が熱力学的時間の矢に必要な極めて低い初期エントロピー状態を有する確率はどの程度か？
• RQ3 エントロピー原理と真空崩壊メカニズムは、時間の矢を説明する上でどのように比較できるか？
• RQ4 時間の矢は、弦のランドスケープにおける大多数の宇宙を除外する選別基準として機能できるか？
• RQ5 私たちの宇宙の初期状態がなぜ非一般的であるのか、そしてこれは根本的なメカニズムによって説明可能か？

主な発見

• 真空崩壊によって生成されるベビー宇宙は、熱力学的時間の矢を有するにあたって必要な極めて低い初期エントロピー状態を有する可能性が極めて低い。
• そのような初期状態がベビー宇宙で自然に生じる確率は指数関数的に抑制されており、実質的に不可能である。
• 私たちの宇宙と同様の熱力学的時間の矢を有する宇宙は、『何もなしに生成される』エントロピー原理に従う宇宙に限られ、それが唯一妥当な説明である。
• 時間の矢は弦のランドスケープにおいて強力な選別機構として機能し、物理的に整合性を持つが他の多くの宇宙を除外する。
• 熱力学的時間の矢は、ベビー宇宙の一般的な特徴ではなく、特定の生成メカニズムが要請される極めて非一般的な結果である。
• 自然に観測された時間の矢を説明できるのは、『何もなしに生成される』エントロピー原理に従う宇宙に限られる。