[論文レビュー] The Emperor's Last Clothes?

A.N. Schellekens|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 56被引用数 21

ひとこと要約

この論文は、弦理論が多数の可能な真空解を予測することを主張し、物理法則が根本的原理から一意に導かれることはないという意味である。また、陽子質量のような微調整されたパラメータを説明するために、観測者と整合性があるかどうかに基づいてこの多様な真空のなかから私たちの宇宙を選ぶという人為的推論（アンソロピック推論）が不可欠であると主張している。この洞察は、議論の余地はあるが、弦理論の構造の根本的な帰結である。

ABSTRACT

We are in the middle of a remarkable paradigm shift in particle physics, a shift of opinion that occurred so slowly that some even try to deny that they changed their minds at all. It concerns a very basic question: can we expect to derive the laws of particle physics from a fundamental theory? The Standard Model of particle physics as well as the 1984 string theory revolution provided ample food for thought about this. The reason this was ignored for so long can be traced back to an old fallacy: a misguided idea about our own importance.

研究の動機と目的

• 弦理論が多数の可能な真空解を予測することを主張し、物理法則が一意に導かれるという期待に挑戦すること。
• 陽子質量のような基本的パラメータがなぜ極めて小さいのかという長年の謎を、可能性の多様なランドスケープ内での選択によって説明すること。
• 人為的原理を、哲学的逃避ではなく、弦理論の文脈における正当な物理的ツールとして擁護すること。
• 陽子質量とプランク質量の比のようなパラメータの小ささは、根本的ではなく、ランドスケープにおける結合定数の分布から生じるものであると明確にすること。
• ランドスケープは理論の失敗ではなく、根本的物理学における一意性の再評価を強いる特徴であると強調すること。

提案手法

• QCDの漸近的自由性を用いて、プランクスケールにおける強い結合定数 αs を用いて、陽子質量を次元的転送の関係式 M_proton / M_Planck = exp(–c / αs(M_Planck)) で導出する。
• QCDにおける漸近的自由性の概念を応用し、次元なしの結合定数から質量スケール（QCDスケール）が生じることを説明する。
• 『次元的転送』のアイデアを用いて、陽子質量比の小ささを根本的ではないが、奇跡的とは言えぬものとして再解釈する。
• 大統一理論（GUT）におけるゲージ結合定数の統一を考慮し、GUTスケールで αs と α が関係することを示し、人為的依存を軽減する可能性を示す。
• ランドスケープにおける αs(M_Planck) の分布がパラメータ空間における測度を決定し、観測者と整合性のない値が外側に位置する場合には人為的選択が不可欠であると提案する。
• GUTスケール MGUT を自由パラメータとして評価し、それがプランクスケールに極めて近いことの意味を指摘するが、これにより人為的推論が排除されることはないと述べる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人為的推論を用いずに、陽子質量とプランク質量の比の小ささを説明できるか？
• RQ2 弦理論のランドスケープが、観測された物理的パラメータを説明するために、どの程度人為的選択を必要とするのか？
• RQ3 ランドスケープにおける強い結合定数 αs(M_Planck) の分布が、私たちの宇宙を観測する可能性にどのように影響するか？
• RQ4 GUTスケールがプランクスケールに近いという観測は偶然なのか、それともより深い物理の兆候なのか。また、それは人為的推論にどのように影響するか？
• RQ5 ランドスケープ枠組みは、標準模型や弦理論を超える新しい物理を要請せずに、階層問題を解決できるか？

主な発見

• QCDの漸近的自由性から導かれる関係式 M_proton / M_Planck ≈ exp(–c / αs(M_Planck)) により、次元なしの結合定数が質量スケールを生成することを示した。
• 陽子質量比の小ささは根本的ではなく、αs(M_Planck) が約 10⁻¹ のオーダーであるという事実に還元され、直接的な 10⁻¹⁹ のオーダーに比べれば、それほど不思議ではない。
• 弦理論の真空のランドスケープは、αs(M_Planck) の値の分布が人為的ウィンドウを決定し、その外側に値が位置する場合には選択が不可欠であることを示している。
• MGUT が M_Planck に近いという事実は、人為的推論を排除するには十分ではなく、両スケールが等しくないため、MGUT は自由パラメータのまま残る。
• GUTにおけるゲージ結合定数の統一は αs と α を高エネルギーで関係づけるが、GUTスケールが正確にプランクスケールに等しくない限り、人為的選択の必要性は消えない。
• 本論文は、ランドスケープは弦理論の欠陥ではなく、物理法則の一意性が根本的理論の要件でないことを強調する、パラダイムシフトを強制する特徴であると結論づける。