[論文レビュー] Space time foam, thermodynamics, and the electroweak coupling constant

J. L. Rosales|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、仮想的ブラックホール対としてモデル化された時空の泡沫を熱的に平衡状態に置くことで、量子的時空の泡沫揺らぎと電弱結合定数の間の接続を提案する。泡沫の温度を重力的ゼロ点エネルギーに等置することにより、e² ≈ 1/137 として微細構造定数を導出し、量子重力とゲージ結合定数の間に深い関係があることを示唆する。

ABSTRACT

In classical general relativity one identifies the particle's dressed mass with its electric (or magnetic) charge; this renders point like particles dynamically stable but, on the other hand, introduces a vacuum energy or, equivalently, a finite positive cosmological constant. Moreover, a suitable quantum theory of gravity would eventually make understand the existence of fluctuations in the topology of space time as consisting on virtual pairs of black holes (S^2xS^2 bubbles or more complicated instantons). They should remain in thermodynamical equilibrium at some temperature. Both, the dressed mass energy and the foamy structure temperature, having the same meaning of a gravitational zero point energy, allows to concluding T=e. This motivates computing the foam temperature in order to obtain some predictive values of e^2.

研究の動機と目的

• 時空の泡沫の熱的平衡状態が量子重力効果の源であるかを調査すること。
• 装備された粒子と泡沫揺らぎからの真空エネルギーが、重力的ゼロ点エネルギーと等価であることを特定すること。
• 泡沫の温度をこのゼロ点エネルギーに等置することで、電弱結合定数 e² を導出すること。
• 装備された質量エネルギーと泡沫温度を、同一の物理的起源（重力的ゼロ点エネルギー）の下で統一すること。

提案手法

• 時空の泡沫を仮想的ブラックホール対（S²×S²バブル）またはより複雑なインスタントンとしてモデル化すること。
• これらの量子的泡沫揺らぎが有限の温度 T で熱的に平衡状態にあると仮定すること。
• 泡沫の温度 T を重力的ゼロ点エネルギーに等置し、T = e とすること。
• 温度とエネルギースケールの間の熱力学的関係を用いて、泡沫の熱エネルギーから e² を計算すること。
• 装備された質量エネルギーと泡沫温度が、同一のゼロ点エネルギースケールを表しているという条件を適用すること。
• 泡沫の熱エネルギーを電磁気的結合エネルギースケールに等置することで e² を導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱結合定数 e² は、時空の泡沫の熱力学から導出可能か？
• RQ2 量子的時空の泡沫の温度は、重力的ゼロ点エネルギーに等しいか？
• RQ3 時空の泡沫内の仮想的ブラックホール対は、重力と電磁気の統一エネルギースケールに寄与するか？
• RQ4 観測された e² ≈ 1/137 の値は、量子重力泡沫の熱力学的モデルから出現するか？

主な発見

• 時空の泡沫の温度は T = e と特定され、これにより電磁気的結合定数と直接的に関連づけられる。
• 重力的ゼロ点エネルギーは、装備された質量エネルギーと泡沫温度を同一の物理的スケールに統一する。
• モデルは e² ≈ 1/137 を予測し、微細構造定数の実験的観測値と一致する。
• 仮想的ブラックホール対の時空の泡沫における熱的平衡状態は、基本的結合定数を導出するメカニズムを提供する。