[論文レビュー] No single unification theory of everything

Wanpeng Tan|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2020

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、量子不確実性とゲーデルの不完全性定理に基づき、単一の「万物の理論」が不可能であると主張し、代わりに、自然対称性の破れを通じて、異なる時空次元およびエネルギースケールで物理的理論が出現する動的で階層的な枠組みを提案する。主な貢献は、鏡物質と擬似超対称性を組み合わせた統一的ではあるが非統一的なモデルSMM 4bであり、最終的な統一理論を必要とせず、暗黒エネルギー、ニュートリノ質量、および複数の宇宙論的謎を自然に説明する。

ABSTRACT

In light of Gödel's undecidability results (incomplete theorems) for math, quantum indeterminism indicates that physics and the Universe may be indeterministic, incomplete, and open in nature, and therefore demand no single unification theory of everything. The Universe is dynamic and so are the underlying physical models and spacetime. As the 4-d spacetime evolves dimension by dimension in the early universe, consistent yet different models emerge one by one with different sets of particles and interactions. A new set of first principles are proposed for building such models with new understanding of supersymmetry, mirror symmetry, and the dynamic phase transition mechanism - spontaneous symmetry breaking. Under this framework, we demonstrate that different models with no theory of everything operate in a hierarchical yet consistent way at different phases or scenarios of the Universe. In particular, the arrow of time is naturally explained and the Standard Model of physics is elegantly extended to time zero of the Universe.

研究の動機と目的

• ゲーデルの不完全性定理と量子不確実性に基づき、万物の理論としての単一の統一理論の実現可能性に疑問を呈すること。
• 物理学が本質的に不完全で開放的であり、異なるエネルギースケールおよび時空次元で新たな法則が出現することを説明すること。
• 鏡物質と擬似超対称性を用いて拡張された、一貫性のある階層的モデルSMM 4bを構築すること。
• 未解決の問題、例えば暗黒エネルギー、ニュートリノ振動、バリオン非対称性、および中性子の寿命異常を自然に説明すること。
• SMM 4bモデルを検証可能な予測と実現可能な実験を提示すること、特に中性ハドロン-鏡ハドロン振動に関連して。

提案手法

• 宇宙が低次元から4次元時空へ進化するに従い、次元ごとに新たな理論が出現する、時空および物理法則の動的進化を提案する。
• 動的相転移、鏡対称性、超対称性を異なるエネルギースケールで出現する特徴として、新たな第一原理を導入する。
• ~10²から~0.1 GeVの範囲で段階的なクォーク凝縮を適用し、鏡対称性および超対称性を破り、SMM 4bモデルの出現を導く。
• SMM 4bを、ゲージ自由度と物質自由度がバランスを取った（n_b = n_f = 90）擬似SUSY理論として構築し、通常の領域と鏡領域の両方を含む。
• スカラー場の重ね合わせを用いて、観測された暗黒エネルギースケール（~10⁻³ eV）を真空エネルギー寄与から自然に導出する。
• 中性ハドロン-鏡ハドロン振動（例：n–n′、K⁰–K⁰′）を、中性子寿命異常およびダークマターと結びつける、主要な検証可能な予測として導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不確実性を伴う量子力学的宇宙において、単一の万物の理論統一理論が論理的または物理的に可能であるか。
• RQ2 物理法則および粒子内容が、異なる時空次元およびエネルギースケールで一貫して進化するメカニズムは何か。
• RQ3 最終的で包括的な理論が存在しない中で、標準模型およびその拡張がどのように出現するのか。
• RQ4 鏡物質と擬似超対称性が、暗黒エネルギー、ニュートリノ質量、バリオン非対称性をどのように説明できるか。
• RQ5 非統一的で動的進化する物理学枠組みから、どのような検証可能な予測が生じるか。

主な発見

• 量子不確実性とゲーデルの不完全性定理により、任意の整合的公理系において本質的な不完全性が生じるため、単一の万物の理論統一理論は論理的に不可能である。
• 観測された暗黒エネルギースケール（~10⁻³ eV）は、SMM 4bモデルにおけるすべてのスカラー場の重ね合わせとして自然に説明され、真空エネルギー寄与と整合的である。
• ニュートリノ質量と振動は、通常のヒッグス場と鏡ヒッグス場の質量差から生じる。右巻きニュートリノは鏡領域に閉じ込められ、左巻きニュートリノは通常領域に存在する。
• ニュートリノの degeneracy によりフェルミオン自由度が6減少するため、擬似SUSYであるにもかかわらず、SMM 4bモデルは自由度の正確なバランス（n_b = n_f = 90）を達成する。
• モデルは、観測可能な中性ハドロン-鏡ハドロン振動（特にn–n′およびK⁰–K⁰′）を予測し、理論の直接的な実験的検証を可能にする。
• この枠組みは、中性子寿命異常、バリオン非対称性、超高エネルギー宇宙線、およびCKM行列のユニタリティを、新たな基本的対称性を必要とせず、一貫した出現的力学によって説明する。