[論文レビュー] Entropy, String Theory, and our World

Andrea Gregori|ArXiv.org|Jul 22, 2002

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、熱力学的駆動による弦理論の定式化を提案する。エントロピーが観測可能なホライズン内におけるコンパクト化された弦座標の進化を支配し、微調整を必要とせず、標準模型およびダークエネルギーなどの宇宙論的特徴が自然に出現する。主な結果は、観測可能な宇宙の有限サイズに結びついた量子効果として、観測された宇宙定数および軽いフェルミオン質量が生じることであり、低エネルギーにおいて超対称性およびヒッグスボソンが存在しないことが予測される。

ABSTRACT

We investigate the consequences of two assumptions for String (or M) Theory, namely that: 1) all coordinates are compact and bound by the horizon of observation, 2) the ``dynamics'' of compactification is determined by the ``second law of thermodynamics'', i.e. the principle of entropy. We discuss how this leads to a phenomenologically consistent scenario for our world, both at the elementary particle's and at the cosmological level, without any fine tuning or further ``ad hoc'' constraint.

研究の動機と目的

• 弦理論における力学的自由度の欠如を解消するため、熱力学的原理を基本的な順序づけのメカニズムとして導入すること。
• 弦理論のランドスケープ問題を解消するため、エントロピー最大化によって一意な物理的真空状態を選択すること。
• 観測された宇宙定数および軽いフェルミオン質量が、観測可能な宇宙の有限サイズに結びついた量子効果として説明できること。
• 便宜的な仮定なしに、T双対性の破れ、超対称性の破れ、クォークの閉じ込めの動的な起源を提供すること。
• プランクスケールが唯一の基本スケールであり、他のすべての質量スケールが観測ホライズンの時間発展から生じることを主張すること。

提案手法

• すべての弦座標が観測可能な宇宙のコズミックホライズンによって境界づけられ、無限の延長を物理的でないとみなす。
• 第二法則を動的原理として適用し、エントロピーを弦の真空状態の順序づけに用いる。
• プランク未満スケールの特異性およびT双対性破れ構造を含むようにエントロピーの定義を拡張する。
• エントロピーを最大化する経路を用いて、プランクスケールにおける高エントロピーかつ対称的な初期状態から宇宙の進化を導出する。
• コンパクト化の有効な力学をエントロピー駆動型安定化でモデル化し、低エネルギースペクトルが標準模型と一致することを示す。
• ストリング結合定数を1程度とみなすことで、理論をスーパーグラビティ領域の外に置き、非摂動的効果を正当化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ポテンシャルや人為的選択に依存せず、弦理論が真空状態の動的選択を達成する方法は何か？
• RQ2 我々の宇宙が小さな正の宇宙定数を示すのはなぜか？ これは、有限な観測ホライズンに関連する量子効果から自然に生じるのか？
• RQ3 低エネルギーにおいて超対称パートナーやヒッグスボソンが存在しないのはなぜか？ それらはプランクスケールにのみ存在し、粒子の概念が崩壊する場所に閉じ込められているのだろうか？
• RQ4 T双対性の破れが、標準模型ゲージ群およびフェルミオンの手前の性質の出現にどのように寄与するのか？
• RQ5 フェルミオンの観測された軽い質量は、観測可能な宇宙のホライズンサイズの時間発展から生じるのだろうか？

主な発見

• 宇宙定数は基本的パrameterではなく、観測可能なホライズンの有限サイズを測る量子効果であり、宇宙の膨張に伴い減少する。
• 観測された宇宙定数の値は、因果的ホライズン内でのコンパクト化された弦座標のエントロピー駆動型進化から自然に生じる。
• ニュートリノ質量は、同様のホライズン依存のダイナミクスから生じ、正しいオーダーの大きさに予測される。
• ヒッグスボソンおよび超対称パートナーは低エネルギーでは存在しない。これらはプランクスケールでのみ存在すると予測され、粒子の概念が崩壊する場所に限られる。
• T双対性の破れおよびそれに伴う座標のねじれは、標準模型ゲージ群の出現およびクォークの閉じ込めの現象の両方を説明する。
• プランクスケール未満のすべての質量スケールは時間に依存し、観測可能な宇宙のホライズンの進化から生じ、光い質量はホライズンが拡大するに従い減少する。