[論文レビュー] Eternal Inflation, past and future

Anthony Aguirre|ArXiv.org|Dec 4, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 91被引用数 29

ひとこと要約

この論文は、時間の前後で永遠に続くインフレーション—つまり、時間の前後でインフレーションが終わらない状態—が、宇宙に初期の特異点を必要とせず、過去に無限に遡れる可能性があり、時間対称的である可能性を主張している。偽真空駆動型インフレーションモデルを用い、特異点定理を分析することで、著者は標準的な特異点定理がインフレーティングな時空に適用されないことを主張しており、このような枠組みにおいて古典的時間はもはや始まりを持たない可能性があると示唆している。

ABSTRACT

Cosmological inflation, if it occurred, radically alters the picture of the `big bang', which would merely point to reheating at the end of inflation. Moreover, this reheating may be only local, so that inflation continues elsewhere and forever, continually spawning big-bang-like regions. This chapter reviews this idea of `eternal inflation', then focuses on what this may mean for the ultimate beginning of the universe. In particular, I will argue that given eternal inflation, the universe may be free of a cosmological initial singularity, might be eternal (and eternally inflating) to the past, and might obey an interesting sort of cosmological time-symmetry.

研究の動機と目的

• 永遠のインフレーションが、宇宙が過去に無限に遡れる形で、初期特異点を回避できるかどうかを調査すること。
• 標準的な特異点定理（例：Borde-Guth-Vilenkin）がインフレーティングな時空に適用可能かどうかを再評価すること。
• 永遠のインフレーションにおいて、宇宙論的時間対称性と一貫した宇宙的遮断（CCC）が生じる可能性を評価すること。
• 永遠のインフレーションが時間の矢と初期条件の性質に与える影響を検討すること。
• 測度、ホログラフィー、真空遷移のメカニズムを含む、永遠のインフレーションの基礎における未解決の問題を特定すること。

提案手法

• メタ安定な偽真空 φF と真の真空 φT を持つ二重井戸型ポテンシャルを用いて、偽真空駆動型インフレーションを分析する。
• Friedmann-Robertson-Walker（FRW）宇宙論の枠組みを用い、スケール因子 a(t) ∝ exp(HFt) で表されるインフレーション的膨張をモデル化する。
• Borde-Guth-Vilenkin（BGV）特異点定理が過去に無限に遡るインフレーションの文脈において有効であるかを評価し、その仮定が過去に無限に遡る時空を排除しないと主張する。
• 偽真空からの量子トンネル効果を、バブル核生成のメカニズムとして検討し、局所的なビッグバンに類似した「ホットゾーン」の形成を考察する。
• 一貫した宇宙的遮断（CCC）の意味と、永遠のインフレーティングな時空における時間の矢の振る舞いを検討する。
• エネルギー条件（強、弱、光、支配的）をレビューし、それらが特異点定理における役割とインフレーションモデルへの適用可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 永遠のインフレーションは過去に無限に遡れる可能性があり、もしそうなら、宇宙論的初期特異点が存在しないことを示唆するのか？
• RQ2 標準的な特異点定理、特にBGV定理は、インフレーティングな時空において、過去に無限に遡るインフレーションを正しく除外しているのか？
• RQ3 永遠にインフレーティングな宇宙において、時間の矢はどのように振る舞うのか？また、ある世界線に沿って時間の矢が逆転する可能性はあるか？
• RQ4 低エネルギー真空から高エネルギー真空への上向き遷移を可能にするメカニズムは何か？そして、それらは永遠のインフレーションの構造にどのように影響を与えるか？
• RQ5 永遠にインフレーティングな時空に物理的に意味のある測度が存在するのか？その測度はパラドックスや誤った予測を避けることができるのか？

主な発見

• 永遠のインフレーションは過去に無限に遡れる可能性がある。BGV定理は、過去に無限に拡大するHubble定数を持つ時空には適用されないため、初期特異点が必然的であるという考えに反する。
• 標準的な特異点定理は、インフレーティングな時空では破られるエネルギー条件（特に光エネルギー条件）に依存しているため、過去に無限に遡るインフレーションを排除しない。
• 永遠のインフレーションにおいては、ビッグバンはインフレーションの終焉を示す局所的現象であり、初期の宇宙論的特異点が存在しない可能性がある。
• 過去に無限に遡る永遠のインフレーティングな宇宙では、時間の矢が一部の世界線に沿って逆転する可能性があり、特に時間の矢が定義されないか一意でない領域で顕著に現れる。
• 無限の自由度と継続的なインフレーティング領域およびホットゾーンの生成のおかげで、宇宙は時間の両方向に無限に興味深い状態を保つ可能性がある。
• 一貫した宇宙的遮断（CCC）は、空間的特異点と非自明な時間対称性を許容する可能性があり、永遠のインフレーションでは均衡が常にグローバルに達成されないことを示唆している。