[論文レビュー] Time before Time - Classifications of universes in contemporary cosmology, and how to avoid the antinomy of the beginning and eternity of the world

Rüdiger Vaas|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2004

Relativity and Gravitational Theory参考文献 112被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、イmanuel カントの「第一相反論」——宇宙が創世したのか、それとも永遠なのかというパラドックス——を解消する概念的枠組みを提案する。これは、'宇宙'と'ビッグバン'の複数の意味を区別し、マルチバース分類法を導入することで実現される。量子宇宙論モデル（例：ループ量子宇宙論、ストリング宇宙論）を用いて、時間の前も含めた状況を可能にすることで、宇宙が創世的である一方で、より広範かつ事前に時間的でない文脈において永遠に存在しうることを示している。

ABSTRACT

Did the universe have a beginning or does it exist forever, i.e. is it eternal at least in relation to the past? This fundamental question was a main topic in ancient philosophy of nature and the Middle Ages. Philosophically it was more or less banished then by Immanuel Kant's Critique of Pure Reason. But it used to have and still has its revival in modern physical cosmology both in the controversy between the big bang and steady state models some decades ago and in the contemporary attempts to explain the big bang within a quantum cosmological framework. This paper has two main goals: First a conceptual clarification and distinction of different notions of "big bang" and "universe" is suggested, as well as a multiverse taxonomy and a classification of initial and eternal cosmologies. Second, and with the help of this analysis, it is shown how a conceptual and perhaps physical solution of the temporal aspect of Immanuel Kant's "first antinomy of pure reason" is possible, i.e. how our universe in some respect could have both a beginning and an eternal existence. Therefore, paradoxically, there might have been a time before time or a beginning of time in time. - Keywords: cosmology, big bang, big crunch, universe, multiverse, time, general relativity, quantum cosmology, loop quantum cosmology, string cosmology, world models, quantum vacuum, cosmic inflation, anthropic principle, closed timelike loops, Abhay Ashtekar, Hans-Joachim Blome, Martin Bojowald, George F. R. Ellis, Maurizio Gasperini, John Richard Gott III, Alan Guth, Jim Hartle, Stephen Hawking, Mark Israelit, Claus Kiefer, Li-Xin Li, Andrei Linde, Wolfgang Priester, Eckhard Rebhan, Paul Steinhardt, Neil Turok, Gabriele Veneziano, Alexander Vilenkin, H. Dieter Zeh.

研究の動機と目的

• 現代宇宙論における'宇宙'および'ビッグバン'の複数の意味を明確にし、区別すること。
• カントの第一相反論が提起する、宇宙が創世的か永遠的かという哲学的パラドックスに応えること。
• 初期および永遠の宇宙論モデルを分類するマルチバース分類法を構築すること。
• 宇宙が創世的である一方で、永遠の枠組みに属していることの矛盾を回避する方法を示すこと。
• 量子宇宙論モデルを用いて、宇宙の起源における時間的パラドックスを概念的かつ物理的に解消すること。

提案手法

• 初期条件および時間的構造に基づく宇宙分類スキームを導入し、'創世的'と'永遠的'モデルを区別する。
• ループ量子宇宙論、ストリング宇宙論、量子真空モデルなどのさまざまな宇宙論的枠組みを分析し、ビッグバン以前の状態を探る。
• エクピロティック宇宙（例：トゥロク、スタインハルト）や周期的宇宙論など、'ビッグバン以前'の段階を許容するモデルを検討する。
• 量子重力の文脈において時空の時間的構造を再定義することで、'時間の前'の概念を適用する。
• ハートル＝ホーキングおよびヴィレニキンの量子宇宙論的波動関数を形式的道具として用い、初期特異点のない宇宙をモデル化する。
• 哲学的分析と物理的宇宙論を統合し、マルチバース枠組みにおいて創世の概念と永遠の存在を調和させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチバース文脈において、宇宙の'創世'という概念が永遠の存在とどのように調和できるか。
• RQ2 現代宇宙論における'宇宙'および'ビッグバン'の明確な意味とその含意は何か。それらは、創世対永遠の議論にどのように影響を与えるか。
• RQ3 ループ量子宇宙論やストリング宇宙論などの量子宇宙論モデルが、'時間の前'をどのように可能にするか。
• RQ4 本稿で提案されたマルチバース分類法は、創世と永遠の相反論をどのように分類・解消するか。
• RQ5 量子宇宙論の形式的枠組み（例：ハートル＝ホーキング、ヴィレニキン）は、創世的であるが永遠の枠組みに属する宇宙の物理的根拠を提供できるか。

主な発見

• 本稿は、宇宙がより大きなマルチバース構造の一部として見なされる場合、宇宙の'創世'が永遠の存在と両立可能であることを確立している。
• ループ量子宇宙論やストリング宇宙論などの量子宇宙論的モデルは、ビッグバン以前の段階を許容しており、時間のビッグバン以前の延長が可能である可能性を示唆している。
• '宇宙'を単一の時空領域とし、'マルチバース'をそのような領域の集合と定義することで、相反論の解決が可能になる。
• ハートル＝ホーキングおよびヴィレニキンの波動関数は、初期特異点のない宇宙を形式的にモデル化する枠組みを提供しており、'創世'の存在を示唆しつつも、時間的真の始まりが存在しないという考えを支持している。
• 波動関数が特異でなく、量子状態から進化するモデルを通じて、'時間の前'という概念が整合的になる。
• 分析により、創世と永遠のパラドックスは物理的矛盾ではなく、宇宙論的モデルの明確な分類を通じて解消可能な概念的矛盾であることが示された。