[論文レビュー] The Anthropic Landscape of String Theory

Leonard Susskind|ArXiv.org|Feb 27, 2003

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 7被引用数 580

ひとこと要約

この論文は、超対称性が破れているコンactificationの数が膨大であることに起因して、超弦理論が、異なる真空エネルギーと低エネルギー物理学を持つ、安定でない真空の広大なランドスケープを許容すると提案している。観測された小さな宇宙定数を説明するために人為的原理が用いられ、デ de Sitter 真空は一般化された S 行列における共鳴状態として定義されており、宇宙の進化がこれらの真空間のトンネル効果によって超対称的エンドポイントへと進むことを示唆している。

ABSTRACT

In this lecture I make some educated guesses, about the landscape of string theory vacua. Based on the recent work of a number of authors, it seems plausible that the lanscape is unimaginably large and diverse. Whether we like it or not, this is the kind of behavior that gives credence to the Anthropic Principle. I discuss the theoretical and conceptual issues that arise in developing a cosmology based on the diversity of environments implicit in string theory.

研究の動機と目的

• 超弦理論における一意な真空では説明できない、観測された非常に小さいがゼロでない宇宙定数を説明すること。
• ランドスケープが巨大であるのではなく、ゴーグルやゴーグルプレックスのオーダーで非常に天文学的な大きさであることを主張し、人為的原理が必須の枠組みであることを示すこと。
• 量子重力における de Sitter 真空の理論的枠組みを構築すること。これは、散乱振幅と共鳴を用いて、不安定な性質にもかかわらず定義される。
• 宇宙論的進化の明らかな時間的矢印と、量子力学の微視的可逆性の矛盾を、de Sitter 階段を一般化された S 行列における共鳴としてモデル化することで解消すること。
• 宇宙が真空間をトンネル移動することで進化し、遠い未来および過去には超モジュライ空間上の超対称的解に到達するという考えを検討すること。

提案手法

• スカラー場（モジュライ）の空間としてランドスケープをモデル化し、ポテンシャル V(Φ) を用いる。極小値は、異なる宇宙定数を持つ真空に対応する。
• 超対称的で V=0、平坦な超モジュライ空間と、非超対称的で V≠0、丘や谷を持つより広範なランドスケープを区別する。
• 安定でない de Sitter 真空を、因果的パッチにおける漸近状態の概念を用いて、一般化された S 行列における共鳴として扱う。
• 時間反転対称性と微視的可逆性を用いて、初期状態と最終状態を互いに時間反転した状態として定義し、最終状態が超モジュライ空間に近づくようにする。
• 真空間のトンネル効果を用いて、宇宙論的進化を記述する。ドメインウォールが異なる真空に存在する領域を分離する。
• 初期状態と最終状態が4次元でない可能性を検討し、コンパクト化モジュライが無限にまで動くことで、高次元宇宙が生じる可能性を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された宇宙定数が非常に小さくゼロでない値をとる理由は何か？これは超弦理論の枠組み内で説明可能か？
• RQ2 その不安定な性質と正確な対称性の欠如を考慮すると、量子重力における de Sitter 真空の数学的定義は何か？
• RQ3 宇宙論的進化における明らかな時間的矢印は、量子力学の微視的可逆性とどのように調和できるか？
• RQ4 これらの真空が真の基底状態でないにもかかわらず、超弦理論のランドスケープが一般化された S 行列における共鳴の集合として記述可能か？
• RQ5 超モジュライ空間は、宇宙の宇宙論的進化において果たす役割は何か？また、因果的パッチはどのようにしてそれへと進化するか？

主な発見

• 超弦理論の真空ランドスケープは、ゴーグルやゴーグルプレックスのオーダーで非常に天文学的な大きさであると予想され、観測された宇宙定数を説明するための人為的原理が不可欠である。
• 宇宙定数は理論によって一意に決定されず、可能な真空の膨大な数の統計的結果である。観測された値は、まれだが可能な配置である。
• 安定でない de Sitter 真空は、一般化された S 行列における共鳴として数学的に定義可能であり、不安定性にもかかわらず、量子力学的記述が可能である。
• 宇宙論的進化の最終状態は、超モジュライ空間上の点に近づく、オープンな FRW 宇宙と予想され、それは超対称的で平坦な解に対応する。
• 時間反転を施した初期状態は、そのような最終状態の時間反転版と予想され、S 行列の枠組みにおいて初期状態と最終状態の漸近的条件が対称的な役割を果たす可能性がある。
• コンパクト化モジュライは、遠い未来または過去に無限にまで動く可能性があり、高次元宇宙が生じる。これは、因果的パッチの初期状態と最終状態が4次元でない可能性を示唆している。