[논문 리뷰] Decaying universes and the emergence of Bell-type interuniversal entanglement in varying fundamental constants cosmological model

Adam Balcerzak, Mateusz Lisaj|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 28.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 34인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 변화하는 상수 프레임워크 내에서 상호작용 항을 통해 부모 우주가 두 개의 얽힌 우주로 붕괴하는 제3-양자화된 우주론적 모델을 제안한다. 빛의 속도와 만유인력 상수를 비최소 결합 스칼라 장에 연결함으로써, 이 모델은 거의 최대의 얽힘 상태인 벨-유형 상태를 생성하는 붕괴 과정을 유도하며, 얽힘 강도는 바나흐-뉴먼 엔트로피로 측정되며 대칭적인 우주론적 상수 조건에서는 약 ~0.999에 도달한다.

ABSTRACT

In this paper, we consider a high-curvature limit of the varying fundamental constants toy model in which both the value of the speed of light and the value of the gravitational constant are related to the values of the two non-minimally coupled scalar fields. The high-curvature limit motivates the application of the third quantization procedure to such a toy model which results in a theory that describes bosonic massive particles that move freely in the three-dimensional minisuperspace associated with the degrees of freedom of the original model. Motivated by the idea that in the quantum cosmological description the minisuperspace gets promoted to a real configurational space of the system we supplement the third quantized action of the considered model with an interaction term that allows for decay and scattering processes. We show that such interaction term induces a scenario in which a parent universe decays into two universes described by a maximally entangled Bell state. We eventually asses the strength of the entanglement, in the created pair of universes, by calculating the von Neumann entropy of entanglement.

연구 동기 및 목표

• 변화하는 기본 상수를 포함한 제3-양자화 프레임워크를 개발하여, 역학적 c와 G를 포함한다.
• 미니스컬라스페이스 내에서 우주 간의 붕괴와 산산이 흩어지는 과정을 가능하게 하는 상호작용 항을 도입한다.
• 그러한 상호작용이 자연스럽게 상우주 얽힘을 이끌어내는지 조사한다.
• 바나흐-뉴먼 엔트로피를 사용하여 붕괴 과정에서 생성된 우주 쌍의 얽힘 강도를 정량화한다.
• 결과로 생성된 얽힘 상태가 대칭적인 조건에서 실제로 벨-형이며 거의 최대 수준임을 보여준다.

제안 방법

• c와 G가 스칼라 장에 의존하는 비최소 결합 이스칼라 중력 모델의 고곡률 근사에서 수식을 구성한다.
• 웨일러-드위트 웨이브 함수를 양자장 연산자로 승격시켜 제3-양자화를 적용함으로써, 3차원 미니스컬라스페이스 내에서 질량이 있는 보스온 입자를 기술한다.
• 행성 운동에 유사한 결합 방식으로 우주 간의 붕괴와 산산이 흩어지는 과정을 허용하는 작용에 상호작용 항을 도입한다.
• 포크 공간 형식을 사용하여 다중우주를 기술하며, 기저 상태는 미니스컬라스페이스 운동량 양자수로 표기된 우주에 해당한다.
• 고곡률 영역에서 시간에 따른 진화와 붕괴 진폭을 유도하며, 특히 특이점에 가까운 근사에서 초점을 맞춘다.
• 붕괴 과정에서 생성된 우주 쌍의 바나흐-뉴먼 엔트로피를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제3-양자화된 변화하는 상수를 포함한 우주론에서 붕괴 과정이 상우주 얽힘을 유도할 수 있는가?
• RQ2 그러한 붕괴 과정에서 생성된 얽힘 상태의 성격은 무엇인가—특히 그것이 벨 상태와 유사한가?
• RQ3 생성된 우주들 내에서 우주론적 상수의 크기가 얽힘 강도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 대칭적인 조건 하에서 얽힘은 최대 또는 거의 최대 수준으로 이루어지는가?
• RQ5 모델의 상호작용 항이 비표준 양자장 이론 해석 없이도 자연스럽게 얽힘을 생성하는가?

주요 결과

• 제3-양자화 작용에서의 상호작용 항은 부모 우주가 두 개의 서로 다른 우주로 붕괴되며, 거의 최대 수준의 얽힌 벨-형 상태를 생성한다.
• 두 우주 내에서 우주론적 상수가 동일할 경우, 생성된 우주 쌍의 얽힘 엔트로피는 약 0.999의 최대값에 도달한다.
• 두 생성된 우주 내에서 우주론적 상수가 유사할 경우에 얽힘 강도가 가장 높으며, 이는 매개변수의 대칭성과 직접적인 연관성을 보여준다.
• 비표준 포크 공간 해석이 필요 없이도 물리적으로 타당한 상호작용 항을 통해 상우주 얽힘을 실현한다.
• 고곡률 근사에서 고전적 모델은 제3-양자화 절차의 타당성을 뒷받침하며, 우주의 생성과 붕괴에 대한 일관된 양자 기술을 가능하게 한다.
• 선택된 상호작용 하에서 생성된 얽힘 상태는 강건하고 일반적이며, 이 프레임워크 내에서 역학적 우주 붕괴가 자연스럽게 이러한 얽힘을 초래할 수 있음을 시사한다.