[論文レビュー] Quantum Cosmology and the Constants of Nature

Alexander Vilenkin|ArXiv.org|Dec 15, 1995

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、物理定数が変化する multiverse 框組みにおいて、宇宙論的波動関数が、異なる定数を持つ多数の宇宙の集合を記述すると提案している。『凡庸性の原則』を用いて、これらの定数の確率分布を導出し、インフレーション、密度揺らぎ、および宇宙定数に適用することで、それらの観測値に対する検証可能な予測をもたらす。

ABSTRACT

In models where the constants of Nature can take more than one set of values, the cosmological wave function $ψ$ describes an ensemble of universes with different values of the constants. The probability distribution for the constants can be determined with the aid of the `principle of mediocrity' which asserts that we are a `typical' civilization in this ensemble. I discuss the implications of this approach for inflationary scenarios, the origin of density fluctuations, and the cosmological constant.

研究の動機と目的

• 物理定数が宇宙ごとに変化する multiverse における影響を検討すること。
• 観測された定数（たとえば宇宙定数）がその特定の値をとる理由を説明すること。
• 凡庸性の原則を用いて、宇宙の集合内での定数の確率分布を導出すること。
• この枠組みがインフレーションモデルおよび密度揺らぎの起源に与える影響を検討すること。
• 観測された宇宙定数が、定数の予測された分布と整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 宇宙論的波動関数 ψ を用いて、自然の定数が異なる値をとる多数の宇宙の集合を記述する。
• 凡庸性の原則を適用し、観測者がこの集合内で典型的であると仮定する。
• 波動関数と凡庸性の仮定から、定数の確率分布を導出する。
• この枠組みをインフレーション宇宙論に適用し、観測された密度揺らぎの確率を評価する。
• 多宇宙分布を踏まえて、宇宙定数の観測値を評価するためにこの手法を拡張する。
• 可能な真空中のランドスケープを持つ量子宇宙論モデルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 定数が変化する multiverse において、基本定数の観測値はどのように決定されるのか？
• RQ2 凡庸性の原則は、定数の異なる値に確率を割り当てるのにどのように利用できるか？
• RQ3 多宇宙モデルは、インフレーション宇宙論における初期密度揺らぎの振幅について、どのような予測をもたらすか？
• RQ4 理論的期待値に比べて、観測された宇宙定数の値がなぜ極めて小さいのか？
• RQ5 物理定数の観測値は、すべての可能な宇宙の集合内で典型的なものとして説明可能か？

主な発見

• 定数の確率分布は、宇宙論的波動関数と凡庸性の仮定から導出され、観測者存在に一致する値を好む。
• このモデルは、インフレーションにおける観測された密度揺らぎの振幅が、multiverse 内で典型的であると予測する。
• 宇宙定数は、集合内で期待される典型的な値と整合することが判明し、「小ささの問題」が解決される。
• この枠組みは、微調整なしに観測された定数の値を選択するメカニズムを提供する。
• 結果から、物理定数の観測値は偶然ではなく、定数が変化する multiverse において統計的に予想されるものであると示唆される。