[論文レビュー] Emergent Spacetime and Cosmic Inflation I & II

Hyun Seok Yang|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 58被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、真空中のプランクスケールエネルギーの縮合によって引き起こされる時空の動的生成として、背景に依存しない宇宙インフレーションの形式を提案する。インフレーションはインフレートン場や便宜的なポテンシャルを必要とせず、共形ハミルトニアン系によって記述される。これは、多宇宙仮説に挑戦する、一意で普遍的なインフレーション事象を示唆する。

ABSTRACT

We propose a background-independent formulation of cosmic inflation. The inflation in this picture corresponds to a dynamical process to generate space and time while the conventional inflation is simply an (exponential) expansion of a preexisting spacetime owing to the vacuum energy carried by an inflaton field. We observe that the cosmic inflation is triggered by the condensate of Planck energy into vacuum responsible for the dynamical emergence of spacetime and must be a single event according to the exclusion principle of noncommutative spacetime caused by the Planck energy condensate in vacuum. The emergent spacetime picture admits a background-independent formulation so that the inflation can be described by a conformal Hamiltonian system characterized by an exponential phase space expansion without introducing any inflaton field as well as an {\it ad hoc} inflation potential. This implies that the emergent spacetime may incapacitate all the rationales to introduce the multiverse hypothesis. In Part I we will focus on the physical foundation of cosmic inflation from the emergent spacetime picture to highlight the main idea. Its mathematical exposition will be addressed in Part II with a generalization of the emergent spacetime picture to matrix string theory.

研究の動機と目的

• 宇宙インフレーションを、事前に存在する幾何学内での拡張ではなく、時空の動的生成として再定式化すること。
• 初期宇宙を記述するにあたり、インフレートン場や便宜的なインフレーションポテンシャルを必要としないこと。
• 非可換時空構造と整合する、背景に依存しないインフレーションの形式を確立すること。
• 非可換時空における量子排他原理により、インフレーションが一意の普遍的出来事に限られることを示し、多宇宙仮説に挑戦すること。
• 一般化可能な行列スレッド理論への応用を想定した、時空生成の共形ハミルトニアン記述の基盤を築くこと。

提案手法

• 真空中のプランクエネルギーの凝縮によって駆動される動的プロセスとしてインフレーションを定式化し、これにより時空が生成されることを示す。
• インフレートン場を導入せずに、指数的位相空間拡張を記述する共形ハミルトニアン系を用いる。
• 非可換時空における排他原理を適用し、インフレーションを一回の出来事に制限する。
• 時空幾何学が量子真空中のダイナミクスから生成される、背景に依存しない枠組みを構築する。
• 数学的解説のため、第II部で生成された時空の図像を行列スレッド理論へ一般化する。
• インフレーション段階を、固定された時空内での拡張ではなく、位相空間内での指数的拡張として特徴付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして宇宙インフレーションを、事前に存在する時空内での拡張ではなく、時空の動的生成として再解釈できるか？
• RQ2 真空中のプランクスケールエネルギーの凝縮が、時空の生成を引き起こす役割を果たすとはどのような意味か？
• RQ3 背景に依存しない形で、インフレートン場や現象的ポテンシャルを必要とせずにインフレーションを記述できるか？
• RQ4 非可換時空における排他原理により、なぜインフレーションプロセスが一回の出来事に限られるのか？
• RQ5 共形ハミルトニアン系の枠組みは、固定された幾何学を導入せずに、どのように位相空間の指数的拡張を記述可能か？

主な発見

• インフレーションは、真空中のプランクエネルギーの凝縮によって生じ、それによって時空が動的に生成される。
• このプロセスは本質的に背景に依存せず、事前に存在する時空多様体を仮定する必要がない。
• 非可換時空における排他原理により、インフレーションは一回の出来事に制限され、多宇宙のシナリオを排除する。
• 共形ハミルトニアン系は、インフレートン場やポテンシャルを導入せずに、指数的位相空間拡張を記述できる。
• 生成された時空の枠組みは、従来のインフレーションモデルとは数学的に整合する代替案を提供する。
• このモデルは行列スレッド理論へ自然に一般化可能であり、より深い量子重力の基盤を示唆する。