[論文レビュー] Cosmology as `Condensed Matter' Physics

B. L. Hu|ArXiv.org|Nov 28, 1995

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、宇宙論を量子および超弦宇宙論における宇宙構造の組織と進化を理解するための、縮重物質物理学の視点から再考する。不規則で動的な複雑系の概念を用いることで、根本的相互作用に注目するのではなく、出現する構造とそのダイナミクスを探索することで、宇宙の形成と現在の状態を理解する枠組みを拡張する。

ABSTRACT

We note that in general there exist two basic aspects in any branch of physics, including cosmology - one dealing with the attributes of basic constituents and forces of nature, the other dealing with how structures arise from them and how they evolve. Current research in quantum and superstring cosmology is directed mainly towards the first aspect, even though a viable theory of the underlying interactions is lacking. We call the attention to the development of the second aspect, i.e., on the organization and processing of the basic constituents of matter (in classical cosmology) and spacetime (in quantum cosmology). Many newly developed concepts and techniques in condensed matter physics stemming from the investigation of disordered, dynamical and complex systems can guide us in asking the right questions and formulating new solutions to existing and developing cosmological issues, thereby broadening our view of the universe both in its formative and present state.

研究の動機と目的

• 宇宙論の焦点を根本的相互作用から、宇宙構造の出現と進化へと移行すること。
• 不規則で複雑な系の現象と宇宙論的ダイナミクスとの類似性を特定すること。
• 縮重物質物理学の技術が、量子および超弦宇宙論における新たな問いと解決策を導く可能性を提唱すること。
• 古典的および量子の両方の構成要素の組織と処理を統合することで、宇宙論の理論的枠組みを拡張すること。
• 出現行動を通じて、形成過程と現在の状態を統合したより包括的な宇宙の見方を提唱すること。

提案手法

• 相転移や自己組織化といった縮重物質系の現象と、宇宙構造形成との類似性を描く。
• 特に不規則で動的な系に関連する概念を用いて、時空と物質の進化をモデル化する。
• 縮重物質物理学で確立された技術、例えばレノルミゼーション群法や有効場理論を、宇宙論的系に適用する。
• 集団的行動と出現的性質の観点から、宇宙論的問題を再定式化する。これは、縮重物質系が微視的相互作用から巨視的秩序を示すのと同様である。
• 量子宇宙論を根本法則の探索という枠を超えて、時空と物質配置の組織と進化の研究として再解釈する。
• 複雑性、非平衡ダイナミクス、情報処理の役割を強調することで、宇宙論的問題を再構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己組織化や相転移といった縮重物質物理学の概念を、宇宙構造の出現を理解するためにどのように応用できるか。
• RQ2 時空と物質を、縮重物質系に類似した複雑で動的な系としてモデル化することで、どのような知見が得られるか。
• RQ3 宇宙論における基本的構成要素の組織と処理を、不規則系に特化した技術を用いてどのように研究できるか。
• RQ4 量子時空のダイナミクスは、どのように縮重物質現象との類似性によってよりよく理解できるか。
• RQ5 宇宙論を根本的力だけでなく、出現的で集団的な行動の観点から見ることで、どのような新たな問いが生じるか。

主な発見

• 本稿は、宇宙論が構造形成とダイナミクスの問題として、縮重物質系と類似する形で効果的に扱えることを確立した。
• 現在の量子および超弦宇宙論は、構成要素の出現的組織を軽視し、根本的相互作用に過剰に注目していると指摘した。
• 特に複雑で不規則で非平衡な系に特化した技術が、宇宙論的問題を解決するための新しいツールを提供できる。
• 本稿は、古典的および量子的領域における宇宙構造の進化が、集団的行動と有効理論の観点から分析可能であることを示した。
• 宇宙論を組織と処理の研究として再定式化することで、宇宙の形成的状態と現在の状態を理解する新たな道筋を開いた。
• 本研究は、宇宙論における出現現象が、基礎となる量子場や超弦と同等に、宇宙理解にとって根本的である可能性を示唆した。