[論文レビュー] Feynman-Weinberg Quantum Gravity and the Extended Standard Model as a Theory of Everything

Frank J. Tipler|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 86被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、ローレンツ不変性を保つ拡張された標準模型（SM）と可重整化可能なフェ Feynman-Weinberg 量子重力が、完璧な万物の理論を形成すると提案している。特定の宇宙論的境界条件——特に純粋な $SU(2)_L$ ゲージ場を有する初期特異点——を課すことにより、理論は摂動的および非摂動的無限大をすべて排除し、自然に平坦性問題、視野問題、等方性問題を解決するとともに、CMBR（宇宙マイクロ波背景放射）を生存する $SU(2)_L$ ゲージ場として特定し、ダークマターとダークエネルギーを統一的に説明する。

ABSTRACT

I argue that the (extended) Standard Model (SM) of particle physics and the renormalizable Feynman-Weinberg theory of quantum gravity comprise a theory of everything. I show that imposing the appropriate cosmological boundary conditions make the theory finite. The infinities that are normally renormalized away and the series divergence infinities are both eliminated by the same mechanism. Furthermore, this theory can resolve the horizon, flatness, and isotropy problems of cosmology. Joint mathematical consistency naturally yields a scale-free, Gaussian, adiabatic perturbation spectrum, and more matter than antimatter. I show that mathematical consistency of the theory requires the universe to begin at an initial singularity with a pure $SU(2)_L$ gauge field. I show that quantum mechanics requires this field to have a Planckian spectrum whatever its temperature. If this field has managed to survive thermalization to the present day, then it would be the CMBR. If so, then we would have a natural explanation for the dark matter and the dark energy. I show that isotropic ultrahigh energy (UHE) cosmic rays are explained if the CMBR is a pure $SU(2)_L$ gauge field. The $SU(2)_L$ nature of the CMBR may have been seen in the Sunyaev-Zel'dovich effect. I propose several simple experiments to test the hypothesis.

研究の動機と目的

• 拡張された標準模型と可重整化可能な量子重力が、適切な宇宙論的境界条件のもとで数学的に整合的かつ有限であることを示すこと。
• 初期量子状態がエントロピーがゼロであるという特徴を持つことにより、平坦性問題、視野問題、等方性問題を解決すること。
• 初期状態に純粋な $SU(2)_L$ ゲージ場が存在する場合の電弱トンネル効果により、物質と反物質の非対称性およびハリソン＝ゼルドビッチのスケールフリーな摂動スペクトルを説明すること。
• 宇宙マイクロ波背景放射（CMBR）が生存した $SU(2)_L$ ゲージ場であると提唱し、ダークマターとダークエネルギーを自然に説明すること。
• CMBRの $SU(2)_L$ 性質を検証する簡単な実験——例えば、CMBR検出器の改造やペニングトラップの利用——を用いて、CMBRの $SU(2)_L$ 性質と超高エネルギー宇宙線に与える影響を確認すること。

提案手法

• 宇宙が時空特異点で始まり、純粋な $SU(2)_L$ ゲージ場を有するという宇宙論的境界条件を課し、ゼロエントロピーおよび量子力学的ユニタリティと整合させること。
• Bekenstein限界と曲がった時空上での量子場理論を適用して、標準模型および量子重力における発散を排除し、有限性を保証すること。
• 初期状態の $SU(2)_L$ 状態に対してヤン・ミルズ＝アインシュタイン方程式を解き、電弱トンネル効果によるバリオジェネシスを含めた宇宙の進化を導出すること。
• インスタントントンネル効果を用いて、宇宙定数およびダークエネルギーを説明し、偽真空エネルギー密度が基本的な宇宙定数とバランスを取ることを示すこと。
• 将来の生命が誘導されたインスタントントンネル効果により陽子崩壊を加速させることで、ユニタリティを保ち、永遠の加速を回避できることを提唱すること。
• 簡単な実験的検証の設計：CMBR検出器を改造して $SU(2)_L$ 偏光を検出可能とし、ペニングトラップを用いて場の性質を調べること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論的境界条件を用いることで、標準模型と量子重力が有限かつ数学的に整合的になるか？
• RQ2 純粋な $SU(2)_L$ 初期状態が、宇宙論的平坦性問題、視野問題、等方性問題を自然に解決できるか？
• RQ3 観測されたハリソン＝ゼルドビッチのスケールフリーな摂動スペクトルが、この初期状態における電弱トンネル効果によるバリオン非一様性から自然に生じるか？
• RQ4 宇宙マイクロ波背景放射（CMBR）は、生存した $SU(2)_L$ ゲージ場であると特定できるか？その場合、ダークマターとダークエネルギーの統一的説明が可能か？
• RQ5 CMBRの $SU(2)_L$ 性質は、改造されたCMBR機器またはペニングトラップを用いて実験的に検証可能か？

主な発見

• 純粋な $SU(2)_L$ ゲージ場を有する特異な初期特異点により、量子場理論における摂動的および非摂動的無限大が排除され、再結合の必要なしに有限性が保証される。
• ゼロエントロピーおよび純粋な $SU(2)_L$ 場の初期状態は、自然に電弱トンネル効果を誘発し、観測されたバリオン密度比 $\eta$ および物質・反物質非対称性を生成する。
• 初期宇宙におけるバリオン非一様性から自然にスケールフリーなハリソン＝ゼルドビッチの初期摂動スペクトルが生じる。
• 宇宙の平坦性は、初期状態からの量子波束の広がりによって説明され、微調整によるものではない。
• CMBRは生存した $SU(2)_L$ ゲージ場として特定され、ダークマターとダークエネルギーの統一的説明を提供する。この場のプランクスペクトルは観測されたCMBRの性質と一致する。
• 理論は、CMBRが $SU(2)_L$ ゲージ場であると仮定した場合、等方的超高エネルギー宇宙線がその性質と整合的であると予測する。また、サンヤエフ＝ゼルドビッチ効果は、すでにその $SU(2)_L$ 特性を示している可能性がある。