[論文レビュー] The Top 10^{500} Reasons Not to Believe in the Landscape

Tom Banks|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 36被引用数 24

ひとこと要約

この論文は、真の多重宇宙が物理的に正当化されていないと主張し、代わりに超対称性を最小限に抑えた超重力理論におけるAdS₄解のランドスケープを提案する。de Sitter空間におけるColeman-De Lucciaのトンネル効果は、無限のインスタントンの集合ではなく、有限で非摂動的な量子重力効果によって記述されるべきであり、これは永遠のインフレーションとは根本的に異なる図を描く。この結果、ホログラフィー原理や人為的原理が宇宙論に果たす役割についても新たな見解が得られる。

ABSTRACT

The String Landscape is a fantasy. We actually have a plausible landscape of minimally supersymmetric $AdS_4$ solutions of supergravity modified by an exponential superpotential. None of these solutions is accessible to world sheet perturbation theory. If they exist as models of quantum gravity, they are defined by conformal field theories, and each is an independent quantum system, which makes no transitions to any of the others. This landscape has nothing to do with CDL tunneling or eternal inflation. A proper understanding of CDL transitions in QFT on a fixed background dS space, shows that the EI picture of this system is not justified within the approximation of low energy effective field theory. The cutoff independent physics, defined by the Euclidean functional integral over the 4-sphere admits only a finite number of instantons. Plausible extensions of these ideas to a quantum theory of gravity obeying the holographic principle explain all of the actual facts about CDL transitions in dS space, and lead to a picture radically different from eternal inflation. Theories of Eternal Inflation (EI) have to rely too heavily on the anthropic principle to be consistent with experiment. Given the vast array of effective low energy field theories that could be produced by the conventional picture of the string landscape one is forced to conclude that the most numerous anthropically allowed theories will disagree with experiment violently.

研究の動機と目的

• ストリングランドスケープが宇宙論および量子重力の根拠として科学的に妥当であるかどうかを否定すること。
• ランドスケープの背後にある有効ポテンシャルの概念が、ストリング理論において形式的に正当化されていないことを主張すること。
• 安定したde Sitter真空中へのフラックスコンパクト化、特に「アプライジング」による上昇が物理的に正当化されていないことを示すこと。
• de Sitter空間におけるColeman-De Lucciaトンネル効果を、無限のインスタントンの集合ではなく、有限で非摂動的なプロセスとして再定式化すること。
• 永遠のインフレーションや人為的推論とは矛盾する、ホログラフィーと有限次元のCFTに基づく量子重力枠組みを提唱すること。

提案手法

• 小規模なRスymmetry破れを伴うF理論コンパクト化におけるワールドシート摂動論の失敗を分析する。
• Fischler-Susskind機構を用いて、摂動的展開が特異的で時間に依存する幾何学を生じることを主張する。
• フェルミオン的生成子を備えた有限次元の超代数を構築し、Diracスペクトルにカットオフを設けることで、de Sitter空間内の局在状態をモデル化する。
• 大Nスケーリングを適用し、ハミルトニアンの固有状態が温度がN⁻¹に比例するボルツマン分布に従うことを示す。
• de Sitter状態の低エネルギー力学をモデル化するための有効ハミルトニアン H = P₀ + (1/N²)Tr F(ψψ†) を導出する。
• 加速観測者におけるブルー・シフト効果をモデル化するため、修正されたハミルトニアン H(r) = √(1−r²/R²)P₀ + (1/N²)Tr F(ψψ†) を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリングランドスケープ、つまり不安定なde Sitter真空中の多重宇宙は、量子重力の観点からしっかりした基礎を持つのか？
• RQ2 ランドスケープモデルで用いられる有効ポテンシャルは、ストリング理論から厳密に導出可能か？
• RQ3 de Sitter空間におけるColeman-De Lucciaトンネル効果の真の性質は何か？そして、これは永遠のインフレーションを支持するか？
• RQ4 有限サイズ効果とホログラフィーは、量子重力における利用可能な真空の数をどのように制限するか？
• RQ5 人為的原理は、真空のランドスケープにおいて観測可能な物理を一貫して予測するために適用可能か？

主な発見

• ストリングランドスケープは形式的ストリング理論によって支持されていない。代わりに、グローバルに異なる時空は、一つの理論の異なる状態ではなく、異なる量子ハミルトニアンに対応する。
• Fischler-Susskind機構により、摂動的ストリング理論では特異的で時間に依存する解が生じ、制御された展開が無効になる。
• F理論におけるフラックスコンパクト化は、小さな宇宙定数を伴う安定で超対称性のあるAdS₄解を生じるが、de Sitterへの「アプライジング」は正当化されていない。
• de Sitter空間におけるCDLトンネル効果は、無限のインスタントンの集合ではなく、ユークリッド経路積分における有限個のインスタントンによって支配される。
• CDLマルコフ過程の支配的固有状態は、極めて超対称性の高い真空であり、生命とは相容れない。これは人為的予測と矛盾する。
• 有限次元超代数モデルにより、温度 T ∝ N⁻¹ のボルツマン分布に従う状態が得られ、de Sitter熱力学および有限エントロピーと整合的である。