[论文解读] The Anthropic Landscape of String Theory

Leonard Susskind|ArXiv.org|Feb 27, 2003

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 7被引用 580

一句话总结

本文提出，由于存在大量具有破缺超对称性的紧化方式，弦理论允许多达无数个亚稳态真空——每个真空具有不同的真空能量和低能物理。通过引入人择原理来解释观测到的极小宇宙学常数，将 de Sitter 真空定义为广义 S-矩阵中的共振态，表明宇宙的演化由这些真空之间的隧道效应所主导，最终趋向于超模空间上的超对称终点。

ABSTRACT

In this lecture I make some educated guesses, about the landscape of string theory vacua. Based on the recent work of a number of authors, it seems plausible that the lanscape is unimaginably large and diverse. Whether we like it or not, this is the kind of behavior that gives credence to the Anthropic Principle. I discuss the theoretical and conceptual issues that arise in developing a cosmology based on the diversity of environments implicit in string theory.

研究动机与目标

• 为解释弦理论中无法由单一真空解释的观测到的极小但非零的宇宙学常数。
• 论证弦理论真空景观不仅庞大，而且是天文数字级别的——数量级达到古戈尔或古戈尔普勒克斯——使得人择原理成为必要框架。
• 建立一个理论框架，用于在量子引力中定义 de Sitter 真空，尽管其具有亚稳态特性，仍使用散射振幅和共振态进行描述。
• 通过将 de Sitter 相作为广义 S-矩阵中的共振态建模，调和宇宙演化中看似不可逆性与量子力学微观可逆性之间的矛盾。
• 探讨宇宙通过真空之间的隧道效应演化，最终在遥远的未来和过去趋向于超模空间上的超对称解。

提出的方法

• 将景观建模为标量场（模场）的空间，其势能为 V(Φ)，其中极小值对应具有不同宇宙学常数的真空。
• 区分超模空间（超对称，V=0，平坦）与更广泛的景观（非超对称，V≠0，具有山丘与山谷）。
• 将亚稳态 de Sitter 真空视为广义 S-矩阵中的共振态，利用因果区域中渐近态的概念。
• 利用时间反演对称性和微观可逆性，将初态与末态定义为彼此的时间反演，末态趋近于超模空间。
• 应用真空之间隧道效应的思想来描述宇宙演化，其中域墙分隔处于不同真空中的区域。
• 考虑初态与末态可能并非四维，紧化模场在无穷远处演化，导致高维宇宙。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何观测到的宇宙学常数具有如此微小但非零的值，且能否在弦理论框架内加以解释？
• RQ2 在 de Sitter 真空具有亚稳态特性且缺乏精确对称性的情况下，其在量子引力中的数学定义是什么？
• RQ3 宇宙学中看似不可逆的时间箭头如何与量子力学的微观可逆性相协调？
• RQ4 即使这些真空并非真正的基态，能否将弦理论真空景观描述为广义 S-矩阵中的共振态集合？
• RQ5 超模空间在宇宙的宇宙学演化中扮演何种角色？因果区域如何演化趋向于它？

主要发现

• 弦理论真空景观的规模预计是天文数字级别的，其亚稳态真空数量级可达古戈尔或古戈尔普勒克斯，使得人择原理成为解释观测宇宙学常数的必要手段。
• 宇宙学常数并非由理论唯一确定，而是大量可能真空的统计结果，观测值为罕见但可能的构型。
• 亚稳态 de Sitter 真空可数学上定义为广义 S-矩阵中的共振态，尽管其不稳定，仍提供了量子力学描述。
• 宇宙演化最终态预期为一个开放的 FRW 宇宙，趋近于超模空间上的一个点，对应于超对称且平坦的解。
• 在时间反演下，宇宙的初态预期为上述末态的时间反演版本，表明在 S-矩阵框架中，初态与末态渐近条件在对称性上具有同等作用。
• 在遥远的未来或过去，紧化模场可能演化至无穷远，导致高维宇宙，意味着因果区域的初态与末态可能并非四维。