[논문 리뷰] Time reversal symmetry in cosmology and the quantum creation of universes

Salvador Robles-Pérez|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 03.

Biofield Effects and Biophysics인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 우주론적 장 방정식에서의 시간 역전 대칭성이 양자적으로 우주-반우주 쌍의 생성을 가능하게 하며, 두 우주가 내부 관측자 입장에서 모두 팽창하는 것처럼 보이게 하는 반대로 배열된 물리적 시간 변수를 가진다고 제안한다. 이 메커니즘은 우주의 시간 비대칭성과 우리 우주에서의 물질-반물질 비대칭성을 통합적으로 설명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고전적 장 방정식에서 시간 역전 대칭성이 우주-반우주 쌍의 일관된 양자 생성 메커니즘으로 이어질 수 있는지 조사하기.
• 시간 비대칭성과 초기 우주의 물질-반물질 비대칭성이라는 기본적인 천체역학 문제를 다루기.
• 대칭적인 우주에서의 물리적 시간 변수가 어떻게 각각의 내부 관측자 입장에서 팽창하는 것처럼 보일 수 있는지 탐구하기.
• 이 시나리오가 현실적인 천체역학 모델과 일관된지 평가하기.

제안 방법

• 시간 $ t $ 를 진화 매개변수로 삼아, 고전적 우주를 미니스우퍼스페이스 내의 매개변수화된 월드라인으로 모델링하기.
• 장 방정식에 시간 역전 대칭성을 적용하여 원래와 반대 방향을 가진 대칭 해를 생성하기.
• 시간 역전 해의 시간 변수를 반우주의 물리적 시간으로 재해석함으로써, 원래 우주와는 반대 방향으로 시간 흐름이 진행되는 것으로 간주하기.
• 각 우주에서의 물질을 그 우주의 물리적 시간에 따라 앞으로 움직이는 입자로 해석하고, 다른 우주에 있는 입자는 반물질로 간주하기.
• 양자역학과의 일관성을 확보하기 위해 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 각 우주의 올바른 시간 변수를 결정하기.
• 이 대칭 쌍 시나리오가 우리 관측된 우주에서 관측되는 시간 비대칭성과 바리온 수 비대칭성을 설명할 수 있는지 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주론적 장 방정식에서 시간 역전 대칭성이 물리적으로 일관된 우주-반우주 쌍을 초래할 수 있는가?
• RQ2 두 우주의 물리적 시간 변수는 어떻게 관련되어 있으며, 내부 관측자 입장에서 둘 다 팽창하는 것처럼 보일 수 있는가?
• RQ3 이 메커니즘이 우리 우주에서 관측되는 물질-반물질 비대칭성을 자연스럽게 설명할 수 있는가?
• RQ4 이러한 쌍의 양자 생성 메커니즘이 알려진 양자역학 원칙과 일관된가?

주요 결과

• 장 방정식의 시간 역전 대칭성은 동일한 시간 변수 $ t $ 로 매개변수화할 경우 수축하는 우주에 해당하는 대칭적이고 음의 방향성을 가진 해를 허용한다.
• 물리적 시간 변수가 슈뢰딩거 방정식에 따라 재정의될 때, 시간 역전 해는 내부 관측자 입장에서 팽창하는 우주로 보인다.
• 한 우주의 물리적 시간에 따라 앞으로 움직이는 입자는 반대 방향의 시간 흐름으로 인해 다른 우주에서는 반물질로 간주된다.
• 결과적으로 생성된 우주-반우주 쌍은 내부 관측자 입장에서 모두 팽창하는 것처럼 보여, 명백한 시간 비대칭성을 해결한다.
• 이 틀은 우리 우주의 시간의 화살과 초기 우주의 물질-반물질 비대칭성을 둘 다 통합적으로 설명할 수 있다.