[論文レビュー] Effects of inter-universal entanglement on the state of the early universe

Salvador Robles-Pérez|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、初期宇宙がパートナーユニバースと量子もつれ状態にあり、ミニスーパースペースにおける全運動量を保存することで生成されたと提案している。二つの宇宙における物質場のもつれは、宇宙背景放射（CMB）の揺らぎに一意で識別可能なスペクトルパターンを持つ準熱的状態をもたらし、これは多宇宙量子宇宙論の検証可能なシグナルを提供する。

ABSTRACT

The creation of universes in entangled pairs with opposite values of the momenta conjugated to the configuration variables of the minisuperspace would be favoured in quantum cosmology by the conservation of the total momentum, in a parallel way as particles are created in pairs with opposite values of their momenta in a quantum field theory. Then, the matter fields that propagate in the two universes may become entangled too, the result of which is the appearance of a quasi thermal state that would produce a specific and distinguishable pattern in the spectrum of fluctuations of the matter fields in the early universe.

研究の動機と目的

• 多宇宙フレームワークにおける宇宙間の量子もつれが、初期宇宙に観測可能なインプリントを生じるかどうかを調査すること。
• ミニスーパースペースにおける運動量保存が、もつれ状態の宇宙ペアの生成をどのように促進するかを調査すること。
• 物質場におけるもつれに起因する準熱的状態が、CMB揺らぎに識別可能な特徴をもたらすかどうかを特定すること。
• 初期宇宙宇宙論における、宇宙間もつれの効果と他の量子補正やバックレアクション効果を区別すること。

提案手法

• 一様な宇宙の量子宇宙論と曲がった時空におけるスカラー場の伝播の間の形式的類似性。
• ミニスーパースペースの構成変数における運動量保存を用いて、宇宙の生成をもつれペアとしてモデル化すること。
• 量子光学におけるパラメトリック増幅器モデルを応用し、古典的に分離された二つの宇宙におけるモード間のもつれ生成を記述すること。
• 各宇宙の場モードの縮約密度行列を導出し、モード波数に依存する特定の温度依存性を持つ準熱的状態を示すこと。
• もつれ状態における揺らぎスペクトルを不変真空状態（もつれなし状態）と比較し、式（44）を用いて識別可能なパターンを導出すること。
• 得られたスペクトル変更を分析し、特にホライズンスケールのモード（x ~ 1）において、特徴的で非熱的かつ非真空の特徴を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子宇宙論における運動量保存が、もつれ状態の宇宙ペアの生成を有利にするか？
• RQ2 宇宙間のもつれが、初期宇宙における物質場の量子状態にどのように影響を与えるか？
• RQ3 もつれがCMB揺らぎスペクトルにどのような具体的で識別可能なパターンをインプリントするか？
• RQ4 もつれに起因する準熱的状態は、熱化状態や真空揺らぎと区別可能か？
• RQ5 提案されたもつれシグナルは、初期宇宙モデルにおける他の量子補正やバックレアクション効果と区別できるほど頑健か？

主な発見

• 多宇宙におけるもつれは、各宇宙の物質場に対してモード依存の温度を持つ縮約密度行列で記述される準熱的状態をもたらす。
• もつれ状態における揺らぎスペクトルは式（44）で与えられ、モード波数xに対して一意で、非熱的かつ非真空の依存性を示す。
• ホライズンスケールのモード（x ~ 1）では、真空状態からの逸脱が顕著であり、CMBに観測可能なインプリントが存在することが示唆される。
• モデルは、標準的な真空状態や正確な熱的状態では再現できない、特定の識別可能なCMB揺らぎスペクトルパターンを予測する。
• この効果はホライズンスケールに近いモードで顕著であり、大規模スケールのモード（x ≫ 1）にはほとんど影響を及ぼさないため、観測に向けたターゲットとなる特徴的シグナルである。
• このシグナルは、多宇宙仮説の検証可能な予測を提供し、統計的多宇宙パラダイムや他の量子補正と明確に区別できる。