[論文レビュー] Some Speculations on the Ultimate Planck Energy

A. Casher, S. Nussinov|ArXiv.org|Oct 20, 1995

Relativity and Gravitational Theory参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、物理が非物理的になる可能性があるプランクスケールを超えるエネルギーが、我々の有限年齢の宇宙において根本的になされえないかもしれないと仮説を立てている。著者らは、有限の年齢、宇宙のホライズンサイズ、および基本粒子の質量（特に最も軽い電荷を帯びたフェルミオン）の組み合わせが、超プランクエネルギーへのアクセスを自然に抑制することを主張しており、宇宙論と量子場理論のパラメータの間に深い関係があると示唆している。

ABSTRACT

The inability to achieve in the present universe, via electromagnetic or gravitational acceleration, Planck energies for elementary particles is suggested on the basis of several, some relatively sophisticated, failed attempts. This failure is essential for schemes were the superplanckian regime for the energies of elementary particles is ``Unphysical''. The basic observation is that this failure to achieve superplanckian energies naturally occurs in our universe of finite age and horizon. It does tie up in a mysterious fashion these cosmological quantities and elementary physics parameters such as the masses of the lightest charged fermions.

研究の動機と目的

• 現在の宇宙において、電磁気的または重力的加速によって超プランクエネルギーに到達できない理由を調査すること。
• 自然界にプランクスケールのエネルギーが存在しないことの宇宙論的および量子場理論的意味を探索すること。
• 宇宙の有限な年齢、その宇宙ホライズン、および最も軽い電荷を帯びたフェルミオンの質量との関係を検討すること。
• 超プランクエネルギー領域が非物理的であるのは、理論的アービファクトではなく、根本的な宇宙論的制限の結果であるかどうかを評価すること。
• プランクエネルギーに到達できないことは偶然ではなく、宇宙の有限な時空構造と結びついていると提唱すること。

提案手法

• 有限な年齢とホライズンサイズを持つ宇宙における粒子加速の運動学的および力学的制約を分析すること。
• 相対論的エネルギー運動量関係と宇宙論的赤方偏移効果を適用し、到達可能な最大エネルギーを推定すること。
• 最も軽い電荷を帯びたフェルミオン（例：電子）のド・ブロイ波長がエネルギースケールにおける自然なカットオフとして果たす役割を検討すること。
• 実際の天体物理学的状況における到達可能な最大エネルギーと比較するため、プランクエネルギーを基準スケールとして用いること。
• 拡張する時空における粒子加速を想定した思考実験を用いて、プランクスケールエネルギーに到達できないことを示すこと。
• ブラックホールや宇宙論的イベントホライズンの物理学と類似点を引き合いに出し、プランクエネルギーが到達不能であるという主張を強化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ現在の宇宙において電磁気的または重力的加速によってプランクスケールのエネルギーに到達できないのか？
• RQ2 可視宇宙の有限な年齢とサイズは、基本粒子が到達可能な最大エネルギーをどのように制限するのか？
• RQ3 最も軽い電荷を帯びたフェルミオンの質量と、超プランクエネルギーの抑制との関係は何か？
• RQ4 超プランクエネルギー領域が非物理的であるのは、宇宙論的構造の結果なのか、量子重力の根本的特徴なのか？
• RQ5 プランクスケールエネルギーの欠如は、宇宙の有限な時空幾何学の自然な結果として理解できるか？

主な発見

• 現在の宇宙において、いかなる基本粒子が到達可能な最大エネルギーは、宇宙の有限な年齢とホライズンサイズによって根本的に制限されている。
• 最も軽い電荷を帯びたフェルミオン（例：電子）が、超プランクエネルギー領域へのアクセスを防ぐ自然なエネルギーカットオフを設定している。
• 運動学的および宇宙論的制約のため、電磁気的または重力的加速によってプランクスケールエネルギーに到達することはできない。
• プランクエネルギーに到達できないことは偶然ではなく、宇宙論的パラメータと基本粒子の質量の相互作用に起因する。
• 超プランクエネルギーの抑制は、このような領域が我々の宇宙において非物理的であるという考えと整合的である。
• 結果は、宇宙論と素粒子物理学のパラメータの間には、非自明な深い関係があると示唆している。