[論文レビュー] The status of cosmological natural selection

Lee Smolin|ArXiv.org|Dec 18, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 30被引用数 29

ひとこと要約

本稿は、宇宙論的自然選択（CNS）を、宇宙論的および素粒子物理学的パラメータの微調整を説明するための、人為的原理の代替として、検証可能であると主張する。CNSは、ブラックホールの形成がパラメータの変動を伴って宇宙の再生を引き起こすと仮定するが、科学的検証可能性の条件を満たしており、最近の批判、特にヴィレニキンによるものでさえ、量子重力および赤外/紫外物理学に関する疑わしい仮定に依存しているため、依然として有効である。

ABSTRACT

The problem of making predictions from theories that have landscapes of possible low energy parameters is reviewed. Conditions for such a theory to yield falsifiable predictions for doable experiments are given. It is shown that the hypothesis of cosmological natural selection satisfies these conditions, thus showing that it is possible to continue to do physics on a landscape without invoking the anthropic principle. In particular, this is true whether or not the ensemble of universes generated by black holes bouncing is a sub-ensemble of a larger ensemble that might be generated by a random process such as eternal inflation. A recent criticism of cosmological natural selection made by Vilenkin in hep-th/0610051 is discussed. It is shown to rely on assumptions about both the infrared and ultraviolet behavior of quantum gravity that are very unlikely to be true.

研究の動機と目的

• ランドスケープに基づく理論が実行可能な実験に対して検証可能な予測を生み出すための条件を確立すること。
• 宇宙論的自然選択（CNS）がこれらの条件を満たしており、したがって観測された物理的パラメータの微調整を人為的でない方法で説明できることを示すこと。
• A. ヴィレニキンによるCNSを否定する最近の主張を批判的に評価し、反論すること。
• CNSが量子重力に関する推測的な仮定に基づく批判に対して、科学的に検証可能でかつ頑健であることを示すこと。

提案手法

• ランドスケープ理論における検証可能な予測のための枠組みを提案し、科学的検証可能性に必要な条件を同定すること。
• CNSのメカニズム（ブラックホールがわずかに異なる物理的パラメータを伴って新しい宇宙を生成する）を、宇宙論にダーウィニズム的進化の類推を用いて適用すること。
• 宇宙背景放射（CMB）および星の進化に関する観測データを用いて、CNSが低エネルギーパラメータについて予測する内容を検証すること。
• ヴィレニキンの主張を、量子重力における赤外および紫外物理学に関する未検証の仮定に依存していることの分析を通じて批判すること。
• 量子重力におけるオイラー経路積分の使用を疑問視し、プランクスケールへの感受性および重力自由度間に熱的平衡が存在しないことから、それらが信頼性に欠けると主張すること。
• 背理法を用いて、ヴィレニキンの論理が、ダーウィニズム的進化をも同様に無効化する可能性があることを示し、彼の主張が「平均的であることの原則」の誤った適用に基づいていることを強調すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような条件下で、低エネルギーパラメータのランドスケープを有する理論が、実行可能な実験に対する検証可能な予測を生み出せるか？
• RQ2 宇宙論的自然選択は、長寿命の星および複雑な化学を可能にする物理定数の微調整を人為的でない方法で説明できるか？
• RQ3 ヴィレニキンによるCNSへの最近の主張は論理的に整合しているのか、それとも量子重力に関する不自然な仮定に依存しているのか？
• RQ4 量子重力におけるオイラー経路積分の使用が、ブラックホールおよび宇宙生成に関する予測の妥当性にどのように影響するか？
• RQ5 「平均的であることの原則」をマルチバースの状況に一貫して適用することは可能か？それによって確立された科学的推論が損なわれることはないか？

主な発見

• 宇宙論的自然選択は、ランドスケープに基づく理論における検証可能な予測を生み出すために必要な条件を満たしており、科学的に検証可能である。
• CNSは人為的原理を用いずに、観測された物理的パラメータの微調整を、ブラックホールに起因する宇宙再生のメカニズムに基づいて説明できることを示している。
• ヴィレニキンの主張は、ハブスケールを超えて新たな物理学が出現しないという不自然な仮定に依存しているため、失敗している。CMBの初期データがそれとは矛盾するにもかかわらずである。
• また、オイラー経路積分に依存していることからも、論拠が不成立である。これは、プランクスケールへの感受性および重力自由度間に熱的平衡が存在しないことから、量子重力において信頼性に欠ける。
• 半古典的オイラー法が量子重力に用いられると、ローレンツ型経路積分とは異なる普遍性クラスに属する結果を生み出すため、理論的基盤が揺らぐ。
• ヴィレニキンの論理は、ダーウィニズム的進化をも無効化する可能性がある。これは、彼の批判が「平均的であることの原則」の誤った適用に基づいていることを示しており、CNSを保つために、この原則を天体的に生成された宇宙に限定することで一貫性を保てる。