[論文レビュー] Emergent Spacetime: Reality or Illusion?

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

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、時空が根本的ではなく、非可換（NC）量子構造から生じると主張し、 multiverse 偽説に挑戦する。NC 時空と UV/IR 混合を用いて、プランクスケールのエネルギー密度が重ね合わせ不可能であることを示し、1つの宇宙的インフレーション事象とダークエネルギーの自然な起源を示唆する。これにより、発生的重力と背景独立性によって支えられる multiverse の根拠が揺らぐ。

ABSTRACT

The contemporary physics has revealed growing evidences that the emergence can be applied to not only biology and condensed matter systems but also gravity and spacetime. We observe that noncommutative spacetime necessarily implies emergent spacetime if spacetime at microscopic scales should be viewed as noncommutative. Since the emergent spacetime is a new fundamental paradigm for quantum gravity, it is necessary to reexamine all the rationales to introduce the multiverse hypothesis from the standpoint of emergent spacetime. We argue that the emergent spacetime certainly opens a new perspective that may cripple all the rationales to introduce the multiverse picture. Moreover the emergent spacetime may rescue us from the doomsday of metastable multiverse as quantum mechanics did from the catastrophic collapse of classical atoms.

研究の動機と目的

• 発生的時空の観点から、multiverse 偽説の基礎的根拠を再解釈することで、multiverse 偽説に挑戦すること。
• 非可換時空が時空の発生を示唆し、時空を根本的とみなす従来の仮定を無効にすること。
• NC幾何における UV/IR 混合と時空不確定性が、複数のインフレーティング領域の形成を防ぎ、永遠のインフレーションに基づく multiverse を排除すること。
• ストリングのランドスケープを、固定されたコンパクト化幾何学の集合ではなく、4次元における微視的量子配置の集合と解釈しなおすこと。
• 発生的時空を、人為的 multiverse 解釈の必要性を排除する背景独立的で根本的なパラダイムとして確立すること。

提案手法

• 時空が非可換（NC）量子幾何から生じることを提案し、ハイゼンベルクの不確定性原理が時空座標へ拡張されることを適用する。
• 時空不確定性関係と UV/IR 混合を適用し、プランクスケールを超えるエネルギーの蓄積が禁止されることを示し、新たなインフレーション領域の形成を防ぐ。
• 次元解析を用いて、観測されたダークエネルギー密度をプランクスケールとハッブルスケールの逆数積と関連づけ、δρ ∼ (10⁻³ eV)⁴ を得る。
• カールツァ・クラインのパラダイムを逆転させる：幾何からゲージ理論を導くのでなく、4次元におけるゲージ場と物質場から幾何を導く。
• ストリングのランドスケープを、固定されたコンパクト化幾何学ではなく、異なる微視的量子配置に対応する NC 代数の集合と解釈する。
• 背景独立な行列モデルを、発生的時空の具体的実現として用い、事前に時空構造を仮定することを回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 発生的時空を通じて、multiverse 偽説の基礎的仮定を再解釈することで、multiverse 偽説を根底から覆すことができるか？
• RQ2 非可換時空が UV/IR 混合により、複数のインフレーティング領域の形成を防ぐのか？
• RQ3 量子重力と観測可能な宇宙の大きさの相互作用から、ダークエネルギーが自然に生じるのか？
• RQ4 ストリングのランドスケープは、コンパクト化幾何学の集合ではなく、量子配置の集合としてより適切に理解できるのか？
• RQ5 背景独立な量子重力は、人為的推論を避け、multiverse の代替として一貫性を保つことができるのか？

主な発見

• 非可換時空は、時空不確定性関係を強制し、新たなプランクスケールエネルギー密度の重ね合わせを防ぎ、1つの宇宙的インフレーション事象を示唆する。
• NC 時空における UV/IR 混合は、複数のインフレーティング部分領域の形成を遮断し、multiverse を支える永遠のインフレーションシナリオを無効にする。
• 観測されたダークエネルギー密度 δρ ∼ (10⁻³ eV)⁴ は、プランクスケールとハッブルスケールの積から自然に生じ、観測可能な宇宙の大きさと深い関係を示唆する。
• 従来、10⁵⁰⁰個のコンパクト化幾何学の集合と見なされてきたストリングのランドスケープは、4次元における微視的量子配置の集合として解釈できる。これは、量子状態のアボガドロ数に類似している。
• 行列モデルと NC 幾何を用いて実現される背景独立な量子重力は、事前に時空を仮定しない一貫性のある枠組みを提供し、multiverse の根拠を根底から揺るがす。
• 発生的時空は、量子力学の発展のときと同様に、物理学者が不安定な multiverse の「終末」から救われる可能性があり、より根本的で整合性のある構造を提供する。