[논문 리뷰] Euclidean wormholes in Gauss-Bonnet-dilaton gravity

Xiao Yan Chew, Gansukh Tumurtushaa외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 08.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 양자 중력 메커니즘으로서의 가우스-봄네-다일라톤 중력에서 유클리드 웜홀 해를 연구하며, 빈도로부터의 우주의 기원을 다룹니다. 위크-역행 유클리드 경로 적분을 사용하여, 특히 다일라톤 장이 잠재 에너지 장벽 위에 있을 경우, 느린 릴랙션 조건 없이도 하킹-모스 순간자보다 더 높은 터널링 확률을 가지는 웜홀이 존재함을 보여줍니다. 이는 이 수정된 중력 프레임워크 내에서 우주의 기원에 대해 더 가능성 높은 시나리오입니다.

ABSTRACT

We investigate Euclidean wormholes in Gauss-Bonnet-dilaton gravity to explain the creation of the universe from nothing. We considered two types of dilaton couplings (i.e., the string-inspired model and the Gaussian model) and we obtained qualitatively similar results. There can exist Euclidean wormholes that explain the possible origin of our universe, where the dilaton field is located over the barrier of dilaton potential. This solution can exist even if dilaton potential does not satisfy slow-roll conditions. In addition, the probability is higher than that of the Hawking-Moss instanton with the same final condition. Therefore, Euclidean wormholes in Gauss-Bonnet-dilaton gravity are a possible and probable scenario, which explains the origin of our universe.

연구 동기 및 목표

• 유클리드 웜홀이 가우스-봄네-다일라톤 중력에서 우주의 양자적 생성을 위한 타당한 순간자 해가 될 수 있는지 탐색하기.
• 동일한 최종 조건 하에서 이러한 웜홀 해의 터널링 확률이 표준 하킹-모스 순간자와 비교하여 어떻게 되는지 평가하기.
• 특히 잠재 에너지 장벽 위에 위치한 다일라톤 장 역학의 역할과 그 우주 기원에 대한 함의를 조사하기.
• 이러한 해가 하플랑크 이하 영역에서 유지되는지, 이론적 불안정성이 발생하지 않는지 확인하기.
• 이러한 해가 양자 중력과 초기 우주 천체물리학의 맥락에서 물리적으로 타당하고 관측 가능성이 있는지 평가하기.

제안 방법

• 행동에 대한 유클리드 경로 적분 접근법을 사용하고 위크 변환을 적용하여 기울기 경사법을 통해 우주의 파동함수를 계산하기.
• 균일한 해석적 계속법을 사용하여 유클리드 해를 로렌츠 시공간으로 매핑함으로써 물리적 해석 가능하게 하기.
• 스트링 이론에 기반한 형태와 가우시안 형태의 두 가지 다른 다일라톤 결합을 가진 4차원 가우스-봄네-다일라톤 중력 모델의 운동 방정식을 해결하기.
• 터널링 확률 $ P ightarrow e^{-2B} $ 를 계산하기 위해 유클리드 행동 적분 $ B = rac{1}{2} ext{Re} ig( au_{ ext{max}} ig) imes ext{라그랑지안} $ 을 평가하기.
• 매개변수 공간 전체에서 $ B $ 의 행동 분석을 통해 안정성과 확률를 평가하기 위해 $ ho $, $ u $, $ ho_0 $, $ u_0 $, $ ho_1 $, $ u_1 $, $ ho_2 $, $ u_2 $, 및 $ c $ 를 변화시키기.
• 결과로 도출된 순간자 확률를 하킹-모스 모델의 확률와 비교하여 상대적 가능성 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가우스-봄네-다일라톤 중력에서 빈도로부터의 우주의 양자적 생성을 묘사할 수 있는 유클리드 웜홀 해가 존재할 수 있는가?
• RQ2 동일한 최종 조건 하에서 이러한 웜홀 해가 하킹-모스 순간자보다 더 높은 터널링 확률을 가지는가?
• RQ3 이러한 웜홀의 존재가 다일라톤 장에 대한 느린 릴랙션 근사에 의존하는가?
• RQ4 다일라톤 장이 최소값이 아니라 잠재 에너지 장벽 위에 있을 경우의 역할은 무엇인가?
• RQ5 이러한 해가 하플랑크 이하 영역에서 이론적 불안정성을 유발하지 않고 실현 가능한가?

주요 결과

• 다일라톤 장이 최소값이 아니라 잠재 에너지 장벽 위에 있을 경우, 느린 릴랙션 조건을 만족하지 않더라도 가우스-봄네-다일라톤 중력에서 유클리드 웜홀 해가 존재한다.
• 동일한 최종 상태에서 이러한 웜홀 해의 터널링 확률은 하킹-모스 순간자보다 더 높으며, 더 음수인 유클리드 행동 $ B $ 를 통해 이를 뒷받침한다.
• 특히 $ c o 0 $ 인 경우, 웜홀 대신 장기간 뻗어나간 순간자가 나타나며, 이는 균일한 해석적 계속법 하에서 물리적으로 타당하며 노드 없는 싱귤라리티를 유도하지 않는다.
• 확률는 $ ho $ (결합 강도와 관련) 가 클수록 증가하고 $ c $ 가 클수록 감소하므로, 작은 $ c $ 와 중간 정도의 결합 매개변수에 대한 선호가 나타난다.
• 해는 하플랑크 이하 및 초플랑크 영역 모두에서 존재하지만, 초플랑크 값은 이론적 불안정성을 유도할 수 있으므로 전체 양자 중력 이론에서 추가 연구가 필요하다.
• 이러한 웜홀 순간자에서 유도된 변동은 척도 불변의 번치-데이비스 상태를 유도하지 않을 수 있으며, 이는 표준 인플레이션 모델과 관측적으로 구별 가능한 잠재적 서식을 제공한다.