[논문 리뷰] Generation of a bubble universe and the information loss problem

Dong-han Yeom|ArXiv.org|2009. 12. 01.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 de Sitter 공간에서 헤크스 복사에 의해 유도된 음의 에너지로 가진 빌드 가능한 버블을 활용하여 양자 중력 이론에서 버블 우주를 생성하는 메커니즘을 제안한다. 이질적 물질 장을 통한 영점 에너지 조건의 위반을 통해, 구축할 수 없는 초기 조건이 필요로 하지 않는 인플레이션 팽창이 가능해지며, 이는 버블 우주의 형성과 잠재적인 정보 손실이 반구상 양자 중력 이론과 일관됨을 시사한다.

ABSTRACT

We discuss a possible scenario to induce a bubble universe using buildable bubbles. First, we observe that if there is no violation of the null energy condition, all bubbles are buildable and do not have inflation if their initial conditions are assigned along the in-going null surface in an almost flat background. However, if the null energy condition is sufficiently violated, then the generation of a bubble universe is possible. Second, the author will observe that a sufficient violation of the null energy condition may be possible using a buildable bubble due to the Hawking radiation of a de Sitter space. Note that buildable bubbles seem surely to be allowed in quantum gravity. Therefore, if this scenario is correct, the generation of a bubble universe and the violation of unitarity should be allowed in quantum gravity.

연구 동기 및 목표

• 블랙홀과 버블 우주에서의 정보 손실 문제를 반구상 양자 중력 이론에서의 유니타리성 탐구를 통해 해결하고자 한다.
• 빌드 가능한 초기 조건이 필요로 하지 않는 버블 우주 형성이 가능한지 탐구하고자 한다.
• 버블 내에서의 인플레이션을 가능하게 하기 위해 필수적인 영점 에너지 조건의 위반을 빌드 가능한 구성으로 달성할 수 있는지 확인하고자 한다.
• 반구상 양자 중력 이론이 버블 우주의 생성과 관련된 정보 손실을 허용하는지 평가하고자 한다.
• 헤킹스 복사의 역할을 통해 음의 에너지 해양을 생성하고, 이로 인해 빌드 가능한 인플레이션 버블 우주가 형성될 수 있는지 탐구하고자 한다.

제안 방법

• 거의 두꺼운 껍질 근사법을 사용하여, 내부가 디Sitter 공간이고 외부가 쇼우르슐즈 메트릭을 갖는 가짜 진공 버블을 모델링한다.
• 이중-영점 좌표계에서 구면 대칭 메트릭을 적용한다: $ ds^2 = -\alpha^2(u,v)dudv + r^2(u,v)d\Omega^2 $, 초기 조건은 내부 영점 표면에 설정된다.
• 진공 상태에서 진짜 진공($ \Phi=0 $)으로부터 가짜 진공($ \Phi=\Phi_0 $)으로 전이되는 매끄러운 장 구성을 도입한다: $ \Phi(u,v_i) $, 풀림 함수 $ G(u) = \sin^2[\pi(u-u_{\text{shell}})/(2\Delta u)] $ 를 통해.
• 1+1차원에서 재정규화된 스트레스-에너지 텐서를 분석하고, 이를 3+1차원으로 확장하여, 디Sitter 공간에서 $ \langle T_{uu} \rangle \simeq -\Lambda/r^2 $ 임을 보여준다.
• 큰 버블 외부에 음의 에너지 해양이 형성됨을 입증하여, 천체적 사건의 지평선이 없더라도 영점 에너지 조건을 위반할 수 있음을 보여준다.
• 쉘 크기를 우주의 사건의 지평선과 비교하여 조절하고, 질량이 없는 장의 수를 늘림으로써 시뮬레이션을 반구상적이고 신뢰할 수 있는 상태로 유지할 수 있음을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 중력 이론에서 빌드 가능한 초기 조건만을 사용하여 버블 우주를 생성할 수 있는가?
• RQ2 디Sitter 배경에서 헤킹스 복사에 의해 충분한 영점 에너지 조건 위반을 달성할 수 있는가, 이를 통해 인플레이션을 유도할 수 있는가?
• RQ3 헤킹스 복사에 의해 생성된 음의 에너지 해양이 존재할 경우, 고전적으로 빌드 가능한 인플레이션 버블 우주 형성이 가능한가?
• RQ4 버블 우주의 생성이 양자 중력 이론에서 유니타리성과 일관되며, 정보 손실을 피할 수 있는가?
• RQ5 특히 에너지 밀도와 지평선 척도를 고려할 때, 이러한 버블 우주 시나리오의 반구상 일관성 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 영점 에너지 조건이 위반되지 않는 한, 모든 버블은 빌드 가능하지만, $ r_{,uu}|_{r_{,u}=0} \leq 0 $ 조건에 의해 인플레이션을 겪지 못한다.
• 헤킹스 복사에 의해 유도된 음의 에너지 해양 덕분에 충분한 영점 에너지 조건 위반으로 인해 인플레이션 버블 우주 형성이 가능해진다.
• 우주의 사건의 지평선보다 약간 작은 크기의 빌드 가능한 버블이라도, 빌드할 수 없는 구성과 동일한 오더의 음의 에너지 해양을 형성할 수 있다.
• 쉘 크기가 플랑크 길이보다 훨씬 클 경우, 질량이 없는 장의 수를 조절하여 단위를 적절히 스케일링함으로써 시나리오가 반구상적으로 타당해진다.
• 사전에 설정된 이질적 물질이나 유니타리성 위반을 애초에 도입하지 않아도 되므로, 버블 우주의 형성과 잠재적 정보 손실이 반구상 양자 중력 이론의 본질적인 특성일 수 있음을 시사한다.
• 미래의 작업에서 그림 2와 3에 나타난 빌드 가능한 구성으로의 전이에 대한 수치적 확인이 기대되나, 거의 두꺼운 껍질 근사법이 이 메커니즘의 타당성을 지지한다.