[論文レビュー] No-Bang Quantum State of the Holocosm

Don N. Page|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2007

Earth Systems and Cosmic Evolution参考文献 4被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ビッグバン／ビッグクラッシュやマルチバースの分裂を除き、最小の三体积ネックを持つ正則で漸近的にデSitter型の時空（Giddings-Marolf状態）の等重ね合わせとして、全宇宙のノーバング量子状態を提案する。最終的インフレーション体積で重み付けされた際、これらの状態のわずかな部分集合が優勢となり、観測と整合する大スケールインフレーションを生じ、エントロピーは (A/4)^{3/4} のようにスケーリングする。

ABSTRACT

A quantum state of the entire cosmos (universe or multiverse) is proposed which is the equal mixture of the Giddings-Marolf states that are asymptotically single de Sitter spacetimes in both past and future and are regular on the throat or neck of minimal three-volume. That is, states are excluded that have a big bang or big crunch or which split into multiple asymptotic de Sitter spacetimes. The entropy of this mixed state is of the order of the three-fourths power of the Bekenstein-Hawking A/4 entropy of de Sitter spacetime. Most of the component pure states do not have rapid inflation, but when an inflaton is present and the states are weighted by the volume at the end of inflation, a much smaller number of states may dominate and give a large amount of inflation and hence may agree with observations.

研究の動機と目的

• ビッグバンやビッグクラッシュの特異性を避ける全宇宙の量子状態を構築すること。
• 複数の漸近的デSitter時空領域に分裂する状態を除外し、単一で連結された全宇宙を保証すること。
• このような状態が、観測と整合する大スケールインフレーションを再現できるかを調査すること。
• ノーバング全宇宙状態のエントロピーと、デSitter時空のBekenstein-Hawkingエントロピーとの依存関係を特定すること。

提案手法

• 最小の三体积ネックで正則で、かつ過去・未来の両方で漸近的に単一のデSitter時空となるGiddings-Marolf状態の等重ね合わせとして、全宇宙量子状態を定義する。
• すべての成分状態が喉部で正則で、かつ過去・未来の両方で漸近的に単一のデSitter時空となるように保証する。
• ビッグバン、ビッグクラッシュ、または複数の漸近的デSitter領域を持つ状態を除外する。
• インフレーションの終焉で体積重み付けを適用し、特定の成分状態の優勢性を特定する。
• 混合状態のエントロピーを計算し、A がデSitter時空の事象の地平線面積であるとき、(A/4)^{3/4} のようにスケーリングすることを示す。
• 体積重み付け下でインフレートンが成分状態に存在する場合の影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビッグバンやビッグクラッシュ特異性を避けつつ正則なまま、全宇宙の量子状態を構築できるか？
• RQ2 等重ね合わせの正則で漸近的デSitter時空からなるノーバング全宇宙状態のエントロピーは何か？
• RQ3 インフレーション終焉における体積重み付けが、重ね合わせ内の成分状態の優勢性にどのように影響するか？
• RQ4 体積重み付けされた状態の部分集合が、我々の宇宙で観測される大スケールインフレーションを再現できるか？
• RQ5 全宇宙状態のエントロピーが、デSitter時空のBekenstein-Hawkingエントロピーに対して、どのような関数的依存関係を示すか？

主な発見

• ノーバング全宇宙状態は、最小の三体积ネックで正則で、かつ過去・未来の両方で漸近的に単一のデSitter時空となるGiddings-Marolf状態の等重ね合わせである。
• この混合状態のエントロピーは、Bekenstein-Hawkingエントロピーの3/4乗に比例し、(A/4)^{3/4} のようにスケーリングする。
• 大多数の成分純粋状態には急速なインフレーションは含まれないが、重ね合わせ内ではインフレーションが排除されない。
• インフレートンが存在し、状態が最終インフレーション体積で重み付けされると、わずかな部分集合の状態が優勢になる。
• これらの優勢状態は、大量のインフレーションを生じさせ、モデルが観測と整合することを示す。
• このモデルは、ビッグバン、ビッグクラッシュ、マルチバース分裂状態を効果的に除外し、単一で連結された全宇宙を維持する。