[論文レビュー] Child Universes in the Laboratory

Stefano Ansoldi, Eduardo Guendelman|ArXiv.org|Nov 5, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 32被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、半古典的重力と量子トンネル効果を用いて、実験室環境で「子宇宙」を生成する理論的妥当性を検討する。特に、曲がった時空における真空泡が初期特異性を伴わずに新しい宇宙を核化しうることを提案する。主な貢献は、コロンベール＝デルゥッチャインスタントンやトポロジカルインフレーションに基づくモデルの包括的レビューであり、これらはトンネル効果によってこのような宇宙が生成され得ると示唆しているが、検出可能性と量子重力理論との整合性は未解決の課題のままである。

ABSTRACT

Although cosmology is usually considered an observational science, where there is little or no space for experimentation, other approaches can (and have been) also considered. In particular, we can change rather drastically the above, more passive, observational perspective and ask the following question: could it be possible, and how, to create a universe in a laboratory? As a matter of fact, this seems to be possible, according to at least two different paradigms; both of them help to evade the consequences of singularity theorems. In this contribution we will review some of these models and we will also discuss possible extensions and generalizations, by paying a critical attention to the still open issues as, for instance, the detectability of child universes and the properties of quantum tunnelling processes.

研究の動機と目的

• 実験室環境で宇宙を生成できるかどうかを調査し、宇宙論を受動的観測から能動的実験へと転換すること。
• 特に真空泡の核化に注目して、曲がった時空における量子トンネル効果による宇宙生成モデルを分析すること。
• 子宇宙の検出可能性と半古典的重力におけるユークリッド運動量の整合性といった未解決問題に取り組むこと。
• 現代の観測データや大次元の追加といった理論が、実験室ベースの宇宙生成をどのように示唆または可能にするかを検討すること。
• このようなモデルが量子重力、初期条件、マルチバースの実験的性質に与える影響を検討すること。

提案手法

• 半古典的重力を用いて、偽真空状態からの量子トンネル効果によるベビー宇宙生成をモデル化する。
• コロンベール＝デルゥッチャインスタントン形式を適用し、曲がった時空における真空の崩壊と泡の核化を記述する。
• トンネル経路のユークリッド作用と運動量構造を分析し、実数直線上に定義した場合に生じる整合性の欠如に注意を払い、円周上での再定義が求められることを指摘する。
• ユークリッド的ベビー宇宙を実時間の時空にマッチングさせることで、観測可能な宇宙の自発的生成を可能にする。
• 放射する計量（例：ライスナー＝ノルストローム＝ヴァイディア計量）を導入し、修正されたホーキング放射を通じた検出可能性を評価する。
• 二つの測度理論やソリトンにインspiredした計量を用いた一般化を行い、宇宙論的モデルにおける初期特異性を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既知の量子重力理論および一般相対性理論の原則を用いて、実験室環境で宇宙を生成できるか？
• RQ2 真空泡が新たな自己完結的宇宙を核化できる物理的・数学的条件は何か？
• RQ3 トンネル過程におけるユークリッド運動量は、特に特異な性質を示す場合に、どのように整合的に定義できるか？
• RQ4 子宇宙は親宇宙から検出可能である可能性があるか？その場合、どのような特徴（シグネチャー）によって検出可能となるか？
• RQ5 二つの測度理論や大次元といった非特異的宇宙生成モデル（例：ソリトン幾何）は、実験室ベースの宇宙生成の可能性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 量子トンネル効果による子宇宙生成は、原則として理論的に可能である。特に、曲がった時空における偽真空の崩壊によって実現可能である。
• トンネルによる新しい宇宙生成の確率は作用によって抑制されるが、質量の小さい泡では任意に小さくできる。
• トンネル過程におけるユークリッド運動量は、実数直線上に定義した場合に整合性に欠ける可能性があり、整合性を保つためには円周上での再定義が求められる。
• ヴァイディア型放射計量との接続は、子宇宙がホーキング放射の修正を通じて検出可能である可能性を示唆する。
• 二つの測度理論やソリトン幾何に基づくモデルは、初期特異性を回避し、非特異的宇宙生成を支援する可能性がある。
• 大次元やTeVスケールの物理学といった理論的枠組みは、将来的に実験室ベースの宇宙生成を実験的に可能にする可能性を秘めている。