[論文レビュー] Classical Scalar Fields and Violations of the Second Law

L. H. Ford, Thomas A. Roman|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、既に標準的エネルギー条件を破ると知られている古典的非最小結合スカラー場が、巨視的スケールでの熱力学の一般化された第二法則の破れを引き起こす大規模な負のエネルギーフラックスを生成できることを示している。このような破れは、これらの場の物理的妥当性にとって根本的な問題を呈するが、現代の理論物理学で広く用いられている。

ABSTRACT

It has been recently shown that classical non-minimally coupled scalar fields can violate all of the standard energy conditions in general relativity. Violations of the null and averaged null energy conditions obtainable with such fields have been suggested as possible exotic matter candidates required for the maintenance of traversable wormholes. In this paper, we demonstrate that if such fields exist, they could be used to produce large negative energy fluxes and macroscopic violations of the generalized second law of thermodynamics. This would appear to present a serious problem, as such fields are widely used in many areas of modern theoretical physics.

研究の動機と目的

• 非最小結合スカラー場が一般化された第二法則の熱力学の破れを引き起こすかどうかを調査すること。
• このような破れが、現代の理論物理学で用いられるスカラー場の物理的整合性に与える影響を評価すること。
• これらの場が生み出す大規模な負のエネルギーフラックスが、巨視的スケールでの熱力学的原則の不安定化を引き起こすかどうかを評価すること。

提案手法

• 曲がった時空における古典的非最小結合スカラー場のエネルギー運動量テンソルを分析すること。
• これらの場を含む系に一般化された第二法則（GSL）形式を適用すること。
• 特定の時空配置におけるスカラー場が運ぶ負のエネルギーフラックスを評価すること。
• 特異物質の挙動を評価する基準として、平均的光線エネルギー条件（ANEC）を用いること。
• このようなスカラー場の存在によってGSLが破れる条件を導出すること。
• これらの破れが、通過可能なワームホール解やその他の特異時空幾何学に与える影響を検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非最小結合スカラー場は、一般化された第二法則の熱力学の巨視的破れを引き起こすことができるか？
• RQ2 これらの場が生成する負のエネルギーフラックスの大きさと物理的意味は何か？
• RQ3 これらの場のエネルギー条件は、時空の熱力学的整合性とどのように関係するか？
• RQ4 このような場が、一般相対性理論における基本的熱力学的原則をどの程度損なうか？
• RQ5 これらの場の熱力学的結果は、既知の物理的原則と整合性があるか？

主な発見

• 古典的非最小結合スカラー場は、大規模な負のエネルギーフラックスを生成できる。
• これらの負のエネルギーフラックスは、一般化された第二法則の熱力学の巨視的破れを引き起こす。
• このような破れは、場が平均的光線エネルギー条件を破れる能力に起因する。
• 結果として、これらの場には深刻な物理的不整合性があることが示唆されるが、理論物理学で広く用いられている。
• これらの発見は、通過可能なワームホール幾何学における特異物質の候補としてのこれらの場の妥当性を揺るがす。
• 本論文は、このようなスカラー場の理論的有用性と熱力学的整合性の間にある根本的な矛盾を浮き彫りにしている。