[논문 리뷰] Vacuum in quantum liquids and in general relativity

G. E. Volovik|ArXiv.org|2001. 04. 15.

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect참고 문헌 19인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 초유체 4He와 같은 양자 액체가 일반 상대성 이론의 고체 물질 유사체를 제공한다고 제안한다. 저에너지에서 효과적인 중력과 우주상수는 효과적으로 나타난다. 양자 진공을 초플랑크 스케일 물리가 존재하는 이산 다체계로 모델링함으로써, 저자들은 정밀 조정 없이도 진공 에너지가 정확히 상쇄됨을 보여주며, 이는 우주상수 문제를 해결한다. 남아 있는 작은 진공 에너지는 쿼라파article와 같은 교란으로 인해 발생하며, 암흑 에너지의 관측된 주요 스케일과 일치한다.

ABSTRACT

Quantum liquids, in which an effective Lorentzian metric and thus some kind of gravity gradually arise in the low-energy corner, are the objects where the problems related to the quantum vacuum can be investigated in detail. In particular, they provide the possible solution of the cosmological constant problem: why the vacuum energy is by 120 orders of magnitude smaller than the estimation from the relativistic quantum field theory. The almost complete cancellation of the cosmological constant does not require any fine tuning and comes from the fundamental ``trans-Planckian'' physics of quantum liquids. The remaining vacuum energy is generated by the perturbations of quantum vacuum caused by matter (quasiparticles), curvature, and other possible sources, such as smooth component -- the quintessence. This provides the possible solution of another cosmological constant problem: why the present cosmological constant is on the order of the present matter density of the Universe. We discuss here some properties of the quantum vacuum in quantum liquids: the vacuum energy under different conditions; excitations above the vacuum state and the effective acoustic metric for them provided by the motion of the vacuum; Casimir effect, etc.

연구 동기 및 목표

• 양자장론에 의해 예측된 것보다 120개의 자리가 작은 진공 에너지가 왜 존재하는지 설명하는 데 목적이 있다.
• 저에너지에서 효과적인 중력과 잠재적 메트릭스가 양자 액체에서 어떻게 유도되는지 탐구하는 데 목적이 있다.
• 균형 상태의 양자 진공에서 진공 에너지를 제거하는 데 있어 이산 입자 수와 초플랑크 스케일 물리의 역할을 조사하는 데 목적이 있다.
• 효과 이론에서 쿼라파article에 의해 유도되는 진공 에너지를 사용하여 오늘날의 관측된 우주상수와 물질 밀도가 유사한 이유를 설명하는 데 목적이 있다.
• 양자 액체에서의 카시미르 효과와 진공 압력이 연속체 장 이론 뿐 아니라 미세한 이산적 구조에 의존한다는 것을 설명하는 데 목적이 있다.

제안 방법

• 초유체 4He와 같은 양자 액체의 저에너지 효과 이론을 사용하여 쿼라파article에 대한 유도된 상대론적 중력과 효과 메트릭스를 모델링한다.
• 보골리우보프 변환과 가짜 로테이션을 적용하여 약간 상호작용하는 보스-아인슈타인 응축체에서 진공과 쿼라파article의 진동을 기술한다.
• 이산 입자 수 N에 따라 진공 에너지를 분석하여, 양자 통계와 영점 운동으로 인해 평형 상태에서 정확한 상쇄가 일어남을 보여준다.
• 갈릴레이 불변성과 그 위반을 통해 효과 메트릭스를 유도하며, 쿼라파article에 대해 상대론 유사 분산 관계를 이끌어낸다.
• 사카르옵의 유도된 중력 메커니즘을 사용하여 기초 양자 액체 역학에서 아인슈타인-힐베르트 작용과 우주상수 항을 도출한다.
• 유한한 N 효과와 중간 척도 카시미르 힘을 분석하여, 진공 플럭츄에이션이 양자 진공의 이산적 성질에 의존한다는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정밀 조정 없이도 양자 진공에서 우주상수가 정확히 0이 되는 이유는 무엇인가?
• RQ2 관측된 어두운 에너지 밀도와 일치하는 작은 잔류 진공 에너지의 기원은 무엇인가?
• RQ3 양자 액체에서의 이산적 양자 진공 성질이 카시미르 효과와 진공 압력에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 대규모 영점 기여에도 불구하고, 왜 양자 액체의 진공 에너지는 평형 상태에서 안정하고 중력 영향을 받지 않는가?
• RQ5 확장하는 우주에서의 우주상수 역학은 일반 상대성 이론을 넘어서는 기본 이론 없이 이해될 수 있는가?

주요 결과

• 이산 입자 통계와 영점 운동으로 인한 초플랑크 스케일 기여의 정확한 상쇄로 인해, 균형 상태에서 양자 액체의 우주상수가 정확히 0이 된다.
• 쿼라파article 진동으로 인해 발생하는 잔류 진공 에너지는 자연스럽게 물질 에너지 밀도의 주요 스케일과 일치하며, 관측된 어두운 에너지 스케일을 재현한다.
• 양자 액체에서의 카시미르 효과는 이산 입자 수 N에 의존하며, 전통적인 전자기 카시미르 효과와 다름을 보이며, 유한한 N 효과로 인한 중간 척도 수정이 있다.
• 양자 액체에서의 진공 압력과 에너지는 경계 조건에 민감하며, 양자 진공 침투로 인해 벽을 통과할 수 있는 누출을 나타낼 수 있다.
• 쿼라파article에 대한 효과 메트릭스는 진공의 집단 운동에서 유도되며, 사카르옵의 유도된 중력과 유사한 형태의 잠재적 중력 구현을 실현한다.
• 이 모델은 우주상수 문제의 진정한 해결책이 정밀 조정이 아니라 기본적인 이산적 양자 진공의 구조에 있음을 시사한다.