[論文レビュー] Nucleation and evolution of false vacuum bubbles in scalar-tensor gravity

Bum-Hoon Lee, Dong-han Yeom|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、スカラー・テンソル重力における偽真空中の泡の核生成と進化を調査し、真空中の泡をエインシュタイン架空に変換することでジョルダン架空でそのような泡が形成可能であることを示している。主な結果は、ジョルダン架空における偽真空中の泡が負のエネルギーフラックスとインフレーション的ダイナミクスを引き起こすことができ、量子重力における泡宇宙と情報消失問題を研究するための妥当な模型を提供することにある。

ABSTRACT

In this presentation, we discuss the nucleation and subsequent evolution of false vacuum bubbles in the scalar-tensor gravity. First, we transform the scalar-tensor type theory of gravity to the standard Brans-Dicke type. Second, we transform the Brans-Dicke type theory from the Jordan frame to the Einstein frame. For a certain potential, a true vacuum bubble in the Einstein frame can be transformed to a false vacuum bubble in the Jordan frame by a conformal transformation. Thus, in the Jordan frame, the nucleation of a false vacuum bubble can be possible and its subsequent evolution can be described with the help of thin-wall approximation. False vacuum bubbles have physical importance: a set of false vacuum bubbles might generate a negative energy bath and it has further theoretical implications.

研究の動機と目的

• スカラー・テンソル重力、特にジョルダン架空において、偽真空中の泡が核生成され、進化するかどうかを調査すること。
• 修正重力における偽真空の崩壊から生じる泡宇宙の物理的妥当性を検討すること。
• このような泡が量子重力、ホログラフィー、および情報消失問題に与える影響を評価すること。
• 特に量子レベルにおいて、偽真空中の泡が存在する状況下でのジョルダン架空とエインシュタイン架空の物理的差異を明確にすること。
• 偽真空中の泡から生じる負のエネルギーフラックスがインフレーションを駆動し、泡宇宙の形成を支える可能性があるかどうかを調査すること。

提案手法

• 場の再定義を用いて、スカラー・テンソル重力をブランス＝ディック形式に変換する。
• 共形変換を適用してジョルダン架空からエインシュタイン架空へ写像し、標準一般相対性理論との比較を可能にする。
• 薄い壁近似を用いて、ジョルダン架空における偽真空中の泡の力学をモデル化する。
• ユークリッド $O(4)$ 対称空間におけるバウンス解を構築し、インスタントン法による核生成を記述する。
• 泡の壁におけるエネルギー条件とヌルエネルギー条件の破れを分析し、インフレーション的ダイナミクスの可能性を評価する。
• 特に泡の壁からの負のエネルギー放射を含む半古典的効果を調査し、偽真空泡と真空中の泡を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー・テンソル重力、特にジョルダン架空において、偽真空中の泡が核生成され、進化することができるか？
• RQ2 偽真空中の泡が存在する場合、特に量子レベルにおいて、ジョルダン架空とエインシュタイン架空は同等であるか？
• RQ3 偽真空中の泡が負のエネルギーフラックスを生成し、インフレーションを駆動し、泡宇宙の形成を支えることができるか？
• RQ4 半古典的効果は、偽真空中の泡と真空中の泡をどのように区別するか？
• RQ5 偽真空中の泡のダイナミクスが、量子重力における情報消失問題とホログラフィーに与える影響は何か？

主な発見

• 真空中の泡の解をエインシュタイン架空から共形変換することで、ジョルダン架空に偽真空中の泡を形成できる。
• このような泡の核生成は薄い壁近似と整合的であり、ユークリッド解とローレンツ解の連続的マッチングを可能にする。
• ジョルダン架空における偽真空中の泡は負のエネルギーフラックスを放出でき、これがインフレーション的膨張を引き起こし、泡宇宙の形成を支える可能性がある。
• 泡の壁におけるヌルエネルギー条件の破れにより、反トラッピングホライズンが存在可能となり、インフレーション的ダイナミクスの特徴となる。
• 半古典的効果により、偽真空中の泡と真空中の泡を区別できる：負のエネルギーは、偽真空中の泡のみが、出射光方向に放出する。
• ジョルダン架空とエインシュタイン架空は、量子レベルでは同等ではない。偽真空中の泡の負のエネルギー放出が古典的対応を破るため、量子的挙動は架空に依存することが示唆される。