[論文レビュー] Is anti-de Sitter a realistic bulk in brane cosmology

D. H. Coule|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2001

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、高エネルギー弦理論の力学から生じる優先的な時間方向の出現により、反de Sitter (AdS) 空間の物理的妥当性を疑問視する。特に、AdS が崩壊を避けるために必要とされる完全宇宙原理 (PCP) は、物理的に不適切であると主張する。代わりに、AdS バルク内で弱エネルギー条件を破る電荷を帯びたブラックホールによって駆動される、永遠に循環するbrane宇宙論的モデルが、エキプロティックモデルよりもより一貫性のある代替案であると提唱する。このモデルでは、量子重力的効果によって宇宙の循環が維持される。

ABSTRACT

The maximal symmetry, or Perfect Cosmological Principle(PCP), that prevents AdS type spaces from degenerating into anti-inflationary collapse is argued to be unphysical. For example, the simple requirement that brane-bulk models should be the result of having evolved from even more energetic string phenomena picks out a preferred time direction. We question whether quantum cosmological reasoning can be applied in any meaningful way to obtain, what are essentially, classical constructs . An alternative scheme is to more readily accept the PCP and allow the branes to also become eternal. A perpetually expanding and contracting brane model could be driven by the presence of charged black holes in the AdS bulk, that effectively violates the weak-energy condition as singularities are approached. This can be contrasted with the so-called Ekpyrotic universe which also closely accepts the PCP. This being broken only by occasional collisions between branes, that can then simulate a big bang cosmology.

研究の動機と目的

• brane宇宙論の枠組みにおける反de Sitter (AdS) 時空の物理的妥当性を評価すること。
• AdS ベースのモデルの物理的基盤としての最大対称性（完全宇宙原理）の仮定を、物理的に妥当であるとみなすことの妥当性を検証すること。
• brane が反復的かつ永遠に進化するモデルを検討し、バルク内のブラックホールによって駆動されるものとする。
• エキプロティック宇宙論と対比し、宇宙の循環がまれなbrane衝突によってのみ生じるモデルと比較すること。

提案手法

• 高エネルギー弦理論が時間の向きに与える影響を分析し、最大対称性の破壊と優先的な時間方向の出現を主張する。
• 特異点付近で弱エネルギー条件を破るAdSバルク内における電荷を帯びたブラックホールの役割を検討する。
• このような破れが、brane の永遠の膨張・収縮を維持できることを提唱する。
• 得られた永遠の循環的braneモデルと、偶発的なbrane衝突によって循環が誘発されるエキプロティック宇宙論とを比較する。
• 量子宇宙論的推論が、古典的brane-バルク構造を導く際の整合性を評価する。
• 完全宇宙原理を仮定するにあたっては、永遠のbrane動力学を補足的に許容する限り、物理的根拠を持つと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全宇宙原理（AdS時空を安定化させるもの）は、brane宇宙論の文脈において物理的に正当化可能か？
• RQ2 特異なbrane衝突に依存せずに、AdSバルク内において永遠に循環するbrane動力学を維持できるか？
• RQ3 AdSバルク内に存在する電荷を帯びたブラックホールは、弱エネルギー条件をどの程度破り、永遠の宇宙的循環を可能にするか？
• RQ4 高エネルギー弦理論の現象から生じる優先的な時間方向の存在は、AdSモデルにおける最大対称性の有効性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このモデルはエキプロティック宇宙論とどのような点で異なるか。特に、循環の開始メカニズムとエネルギー条件の観点から比較する。

主な発見

• 完全宇宙原理は、高エネルギー弦現象から生じる優先的な時間方向と矛盾するため、物理的に不適切であると判断される。
• AdS時空は、動的メカニズムがなければ、反インフレーション的崩壊に傾向するため、物理的進化において安定を保つのは困難である。
• AdSバルク内に存在する電荷を帯びたブラックホールは、特異点付近で弱エネルギー条件を破り、brane の永遠の膨張・収縮を可能にする。
• このようなブラックホールによって駆動される永遠の循環的braneモデルは、まれなbrane衝突に依存するエキプロティックなシナリオよりも、より現実的な代替案を提供する。
• 量子宇宙論的推論は、古典的brane-バルク構造を意味的に生成できないため、代替的な基礎的仮定の必要性が示唆される。
• 特段の高曲率的出来事に依存するモデルよりも、完全宇宙原理を採用しつつ永遠のbrane動力学を許容する枠組みの方が、より一貫性があると結論づける。