[論文レビュー] Time reversal symmetry in cosmology and the quantum creation of universes

Salvador Robles-Pérez|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2019

Biofield Effects and Biophysics被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、宇宙論的場の運動方程式における時間反転対称性が、時間の流れが逆転した物理的時間変数を持つ宇宙-反宇宙対の量子的生成を可能にすると提案している。両宇宙はそれぞれの内部的観測者から見たときに膨張しているように見える。このメカニズムにより、宇宙の時間的非対称性と我々の宇宙における物質-反物質非対称性が統一的に説明できる。

ABSTRACT

The classical evolution of the universe can be seen as a parametrised worldline of the minisuperspace, with the time variable $t$ the parameter that parametrises the worldline. The time reversal symmetry of the field equations implies that for any positive oriented solution there can be a symmetric negative oriented one that, in terms of the same time variable, represent an expanding and a contracting universe, respectively. However, the choice of the time variable induced by the correct value of the Schrodinger equation in the two universes makes that their physical time variables could be reversely related. In that case, the two universes would be both expanding universes from the point of view of their internal inhabitants, who identify matter with the particles that move in their spacetimes and antimatter with the particles that move in the time reversely symmetric universe. If the assumptions considered are consistent with a realistic scenario of our universe, the creation of a universe-antiuniverse pair might explain two main and related problems in cosmology: the time asymmetry and the primordial matter-antimatter asymmetry of our universe.

研究の動機と目的

• 古典的場の運動方程式における時間反転対称性が、宇宙-反宇宙対の物理的に整合的な量子的生成メカニズムに導くかどうかを調査すること。
• 時間的非対称性と初期の物質-反物質非対称性という根本的な宇宙論的問題に取り組むこと。
• 対称な宇宙における物理的時間変数が、それぞれの内部観測者から見たときに膨張しているように見える仕組みを明らかにすること。
• このシナリオが現実の宇宙論的モデルと整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 時間 $ t $ を進化パrameterとするミニスーパースペース内のパrametrized世界線として古典的宇宙をモデル化する。
• 場の運動方程式に時間反転対称性を適用し、元の解とは逆向きの方向を持つ対称的解を生成する。
• 時間反転解における時間変数を、反宇宙の物理的時間と再解釈することで、元の宇宙とは逆向きの時間の流れを持つようにする。
• 各宇宙における物質を、それぞれの物理的時間に前向きに進む粒子として特定し、他方の宇宙の粒子を反物質と解釈する。
• シュレーディンガー方程式を用いて、各宇宙における正しい時間変数を特定し、量子力学と整合することを保証する。
• この対称的ペアのシナリオが、我々の観測される宇宙における時間的非対称性とバリオン数非対称性の両方を説明できるかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論的場の運動方程式における時間反転対称性が、物理的に整合的な宇宙-反宇宙対を生じるか？
• RQ2 両宇宙における物理的時間変数どうしの関係は何か？ また、両方の宇宙が内部観測者から見たときに膨張しているように見えるのはなぜか？
• RQ3 このメカニズムは、我々の宇宙で観測される物質-反物質非対称性を自然に説明できるか？
• RQ4 このようなペアの量子的生成が、既知の量子力学的原理と整合しているか？

主な発見

• 場の運動方程式の時間反転対称性により、同じ時間変数 $ t $ でパラメータ化した場合、収縮する宇宙に対応する対称的・負の向きの解が得られる。
• シュレーディンガー方程式に従って物理的時間変数を再定義すると、時間反転解はその内部観測者から見たときに膨張する宇宙として現れる。
• ある宇宙の物理的時間に前向きに進む粒子は、時間の流れが逆転しているため、他方の宇宙では反物質として解釈される。
• 結果として得られる宇宙-反宇宙対は、両方ともそれぞれの内部観測者から見たときに膨張しているように見えるため、時間的非対称性の表面的矛盾が解消される。
• この枠組みにより、時間の矢と初期の物質-反物質非対称性の両方を統一的に説明できる。