[논문 리뷰] From Quantum Foundations of Quantum Field Theory, String Theory and Quantum Gravity to Dark Matter and Dark Energy

Djordje Minić|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 29.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 22인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 '모듈러 시공간'과 '보른 기하학'을 통해 양자장론, 끈 이론, 양자 중력론에 대한 새로운 양자 기초를 제안하며, 통합된 프레임워크 내에서 반사적 안정성 있는 양의 우주론적 상수(어둠의 에너지)와 메타입 입자 양자(어둠의 물질)를 도출한다. 이 접근법은 관찰자에 따라 달라지는 국소성과 T-duality를 통해 인과성과 일관된 비국소성을 실현하며, 메타스트링 이론이 동적 양자 중력 모델이 된다.

ABSTRACT

We review our recent work on quantum foundations of quantum mechanics, quantum field theory and quantum gravity (formulated as metastring theory) and various implications for the problems of dark matter and dark energy. The first point concerns the new understanding of quantum theory via the concept of quantum (modular) spacetime endowed with manifest non-locality that is consistent with causality. This view implies the consistency of the fundamental length and Lorentz symmetry, based on the principle of relative (observer dependent) locality. The geometry of such quantum spacetime is encoded in the new concept of Born geometry. This in turn leads to a novel understanding of quantum field theory in a manifestly bi-local representation endowed with metaparticle quanta. A fully dynamical quantum spacetime, with a dynamical Born geometry, leads to quantum gravity (a quantum theory of dynamical geometry of quantum non-locality) in the guise of metastring theory. This generic formulation of string theory implies a radiatively stable positive cosmological constant (viewed as a curvature of the dual spacetime) as a model of dark energy in the observed classical spacetime, as well as metaparticle quanta (the zero modes of the metastring) as the natural quanta of dark matter in this approach.

연구 동기 및 목표

• 모듈러 시공간과 관찰자에 따라 달라지는 국소성을 기반으로 양자역학, 양자장론, 양자 중력론에 대한 새로운 양자 기초를 수립하기 위해.
• 기본 길이 척도와 로렌츠 대칭 간의 갈등을 해결하기 위해 명백히 비국소적이지만 인과성과 일관된 양자 시공간 기하학을 도입하기 위해.
• 보른 기하학을 통해 심플렉틱, 올림포스, 등각 기하학을 통합하는 것으로, 양자 이론의 기초 구조를 제공하기 위해.
• 메타스트링 이론에서 동적 보른 기하학으로부터 어둠의 에너지와 어둠의 물질을 기원 현상으로 도출하기 위해.
• 보른 상호성과 흡인자 유사 대칭 원리를 사용하여 양자 중력에서 진공 선택 메커니즘을 제안하기 위해.

제안 방법

• 모듈러 군을 통해 좌표와 운동량이 쌍대화되는 방식으로, 고전적 시공간의 양자 일반화로 모듈러 시공간을 도입한다.
• 완전한 양자 기술을 위해 격자와 쌍대 격자 변수가 모두 필요하다는 것을 증명하기 위해 Zak의 정리를 적용한다.
• 양자 시스템에서 심플렉틱, 올림포스, 등각 대칭을 모두 포함하는 통합 기하학적 구조로 보른 기하학을 정의한다.
• 메타스트링 이론을 T-duality에 대해 공변적이며, 비가환적이며, 이중화된 형태의 끈 이론으로 구성하여, 동적 보른 기하학을 실현한다.
• 메타스트링의 영모드에서 유도된 효과적인 비가환 장 이론에 메타입 입자 진동을 도입한다.
• 상대적 국소성과 보른 상호성을 사용하여, 다양한 관찰자 기준에서 양자 비국소성과 인과성 간의 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로렌츠 대칭과 호환되는 인과성 프레임워크 내에서 양자 비국소성이 어떻게 일관되게 실현될 수 있는가?
• RQ2 이산 물리 시스템의 양자 운동학에 기초가 되는 기하학적 구조는 무엇이며, 어떻게 심플렉틱, 올림포스, 등각 기하학을 통합하는가?
• RQ3 모듈러 시공간에 기반한 양자 중력 프레임워크에서 반사적 안정성 있는 양의 우주론적 상수가 자연스럽게 유도될 수 있는가?
• RQ4 메타스트링의 영모드인 메타입 입자 양자들은 어둠의 에너지와 관련된 어둠의 물질에 대한 자연스러운 후보가 될 수 있는가?
• RQ5 보른 상호성이 양자 중력에서 진공 선택 기준으로 기능할 수 있으며, 시공간과 물질 부문에서 최대 대칭 해를 이끌 수 있는가?

주요 결과

• 내재된 비가환성을 지닌 모듈러 시공간은 양자 이론에 대해 일관된 양자 기초를 제공하며, 원인성 위반 없이 명백한 비국소성을 통합한다.
• 보른 기하학은 양자 이론의 통합 기하학적 구조로 나타나며, 심플렉틱, 올림포스, 등각 기하학을 하나의 프레임워크 안에서 통합한다.
• 메타스트링 이론은 끈 이론의 T-duality에 대해 공변적인 형태로, 양자 중력을 동적 보른 기하학으로 실현하며, 전체 이론은 비추상적이고 배경 독립적이다.
• 메타스트링 이론에서 파생된 효과적인 장 이론은 내재된 비가환성을 지니며, 메타입 입자 양자들을 저에너지 진동으로 지지한다.
• 우주론적 상수는 쌍대 시공간의 곡률로 나타나며, 어둠의 에너지와 일관된 반사적 안정성 있는 양의 값을 제공한다.
• 메타스트링의 영모드인 메타입 입자 양자는 어둠의 물질의 기본 양자로 제안되며, 통합된 기하학적 구조를 통해 어둠의 에너지와 가시 물질과 관련된다.