[논문 리뷰] Early Universes with Effective Discrete Time

Laurent Baulieu|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 10.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 초기 우주에서의 인플레이션 발생을 설명하기 위해, 플랑크 시간(~10⁻⁶⁰ s)보다 훨씬 작은 효과적인 이산 시간 스케일이 작용할 수 있음을 제안한다. 이 스케일은 최대 10⁶⁰ Hz의 고주파수로 진동하는 중력 코herent 상태에서 기인하며, 이는 중력적 스위처 메커니즘의 유사 현상에 의해 강한 진공 플럭추에이션을 유도한다. 이러한 플럭추에이션은 플랑크 스케일의 블랙홀 쌍 생성을 일으키고, 우주론적 상수의 급격한 감소로 이어져 기본 인플라톤 장이 필요 없이도 인플레이션을 유도한다.

ABSTRACT

The mechanism for triggering the universe inflation could be that at very early periods the time variable was discrete instead of smooth. Alternatively, and perhaps equivalently, it could be the consequence that the metrics of the early universe was a strongly concentrated gravitational coherent state with very high frequency oscillations, allowing local pair creations by a generalisation to gravity of the Schwinger mechanism, perhaps by creation of black holes of masses superior to the Planck scale. The lattice spacing between two clicks in the discrete time picture corresponds to the inverse frequency of the gravitational coherent state in the other picture. In both cases, a much lower time than the Planck time might represent a new fundamental scale, giving new type of physics. To make possible a concrete estimation of the pair production probability, we propose that the oscillating coherent state metrics that defines this very early geometry minimises the Einstein gravity action coupled to interacting 1-,2- and 3-forms. Part of our intuition relies on a condensed matter analogy with laser-induced superconductivity. An independent section suggests that the new physical time scale we introduce for the Markovian discret time of the pre-inflation epoch can be identified with the stochastic time one uses for standard quantisation in the post-inflation limit. In the pre-inflation phase its discreteness is the observable driving force for the universe evolution, while in the post inflation phase it becomes unobservable and it can can effectively replaced by the continuous time coordinate of standard quantum field theory.

연구 동기 및 목표

• 표준 모델에서 설명되지 않는 우주 인플레이션의 물리적 촉발 메커니즘을 설명하기 위해.
• 플랑크 시간 이하의 새로운 물리적 시간 스케일을 도입하여 우주론적 상수의 계층 문제를 해결하기 위해.
• 높은 우주론적 상수에서 낮은 우주론적 상수로의 전이를 이끄는 진공 에너지 플럭추에이션의 메커니즘을 제안하기 위해.
• 후기 인플레이션 시대에 이산 시간 역학을 스토케스틱 양자화와 효과적 장 이론과 통합하기 위해.
• 마코프 이산 시간 또는 코herent 상태 진동을 통한 물리적 UV 절단을 제공하여 양자장론의 제곱 발산 문제를 해결하기 위해.

제안 방법

• 인플레이션 이전 시대의 시간이 기본적으로 이산적이며, 시간 간격이 약 10⁻⁶⁰ s 수준임을 제안한다. 이는 플랑크 시간보다 훨씬 작다.
• 초기 우주를 초고주파수 진동(~10⁶⁰ Hz)을 갖는 중력 코herent 상태로 모델링하여, 이산 시간 효과를 모방한다.
• 1형, 2형, 3형 형식 장에 결합된 아인슈타인-힐베르트 작용을 최소화하는 변분 원리를 사용하여 코herent 상태 기하학을 기술한다.
• 레이저 유도 초전도성에 대한 고체물리학 유사 모델을 활용하여 이러한 코herent 상태의 형성 및 동역학을 정당화한다.
• 인플레이션 이전 단계에서의 이산 마코프 시간을 표준 스트로케스틱 양자화에서 사용되는 스트로케스틱 시간과 동일시하며, 이는 후기 인플레이션 시대에는 관측 불가능해진다.
• 이산 시간에서 연속 시간으로의 전이가 인플레이션의 종료와 관련이 있으며, 후속적으로 연속 시간은 저에너지 영역에서 효과적 기술로 나타난다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본 인플라톤 장이 없이도 인플레이션의 급격한 발생을 유도할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 플랑크 시간 이하의 새로운 물리적 시간 스케일이 어떻게 우주론적 상수의 계층 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ3 초고주파수로 진동하는 중력 코herent 상태가 인플레이션을 유도할 만큼의 충분한 진공 플럭추에이션을 생성할 수 있는가?
• RQ4 후기 인플레이션 영역에서 이산 시간 역학과 스트로케스틱 양자화 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ5 마코프 이산 시간을 표준 양자장론에서 동일한 시간 상관관계를 정당화하는 데 사용되는 스트로케스틱 시간과 동일시함으로써 어떤 물리적 근거를 제공하는가?

주요 결과

• 논문은 인플레이션 이전 우주에서 기본 시간 단위로 작용할 수 있는 새로운 물리적 시간 스케일을 약 10⁻⁶⁰ s로 제안한다. 이 스케일은 미세구조적 반응 시간과 거시구조적 반응 시간의 비율에서 유도된다.
• 주파수 ~10⁶⁰ Hz인 고주파수로 진동하는 중력 코herent 상태는 이산 시간을 모방하고, 중력적 스위처 효과의 유사 현상에 의해 강한 진공 플럭추에이션을 생성할 수 있다.
• 이러한 플럭추에이션은 플랑크 질량의 블랙홀 쌍 생성을 유도할 수 있으며, 이들은 표준 모델 입자로 붕괴함으로써 우주론적 상수를 감소시키고 인플레이션을 종료시킨다.
• 이산 시간 또는 코herent 상태는 양자장론에 자연스러운 UV 절단을 제공할 수 있으며, 현상론적 QFT에서의 제곱 발산 문제를 해결할 잠재력을 지닌다.
• 인플레이션 이전 단계에서의 마코프 이산 시간은 표준 양자화에서 사용되는 스트로케스틱 시간과 동일시되며, 이는 후기 인플레이션 시대에서 동일한 스트로케스틱 시간 기반의 규정을 정당화한다.
• 이산 시간에서 연속 시간으로의 전이가 인플레이션의 종료와 관련이 있으며, 연속 시간은 저에너지 영역에서 효과적 기술로 나타난다.