[論文レビュー] The Interface of Cosmology with String and M-Theory

Damien A. Easson|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2000

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 65被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、宇宙論と超弦理論・M理論の統合をレビューし、ブランドンバーガー＝ヴァーファのシナリオ や p-brane ガスといったメカニズムを通じて時空の次元性を説明する。予ビッグバン・シナリオ、ホーラツァ＝ウィッテンのヘテロティック M理論、ランダル＝サンドルのbrane world モデルを検討し、高次元理論が初期宇宙の宇宙論に与える影響および大規模な追加次元の重要性を強調する。

ABSTRACT

The purpose of this review is to discuss recent developments occurring at the interface of cosmology with string and M-theory. We begin with a short review of 1980s string cosmology and the Brandenberger-Vafa mechanism for explaining spacetime dimensionality. It is shown how this scenario has been modified to include the effects of p-brane gases in the early universe. We then introduce the Pre-Big-Bang scenario (PBB), Hořava-Witten heterotic M-theory and the work of Lukas, Ovrut and Waldram, and end with a discussion of large extra dimensions, the Randall-Sundrum model and Brane World cosmologies.

研究の動機と目的

• 超弦理論および M理論の枠組みが、時空の次元性の起源といった基本的な宇宙論的問題をどのように扱うかを検討すること。
• p-brane ガスが初期宇宙の宇宙論的モデルをどのように変更するかを調査すること。
• 予ビッグバン・シナリオを分析し、初期宇宙の進化に与える意味を明らかにすること。
• ホーラツァ＝ウィッテンのヘテロティック M理論およびルカス、オヴルト、ウォルドラムの貢献が、コンactification と宇宙論的ダイナミクスの理解にどのように寄与するかを調査すること。
• 大規模な追加次元および brane world シナリオ（ランダル＝サンドル・モデルを含む）が、宇宙論理論に与える影響を評価すること。

提案手法

• 1980年代の超弦宇宙論の基礎的理論と、時空次元の安定化を目的としたブランドンバーガー＝ヴァーファのメカニズムをレビューすること。
• p-brane ガスを初期宇宙モデルの動的要素として導入し、標準的宇宙論フレームワークを変更すること。
• 超弦理論の低エネルギー有効作用に基づく、ビッグバンに代わる特異点のない代替モデルとしての予ビッグバン・シナリオを分析すること。
• ゲージ理論と重力理論のセクターを高次元的設定で統合する枠組みとしてのホーラツァ＝ウィッテンのヘテロティック M理論を検討すること。
• ルカス、オヴルト、ウォルドラムの研究を応用し、カラビ＝ヤウ多様体へのコンパクト化およびその宇宙論的意味を分析すること。
• ランダル＝サンドル・モデルおよび他の brane world 宇宙論を評価し、重力と宇宙論的進化に与える大規模な追加次元の役割を理解すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙における p-brane ガスは、超弦宇宙論における時空次元の安定化にどのように影響を与えるか？
• RQ2 超弦理論における予ビッグバン・シナリオの宇宙論的意味は何か？
• RQ3 ホーラツァ＝ウィッテンのヘテロティック M理論は、ゲージ結合定数の統一とコンパクト化に関する問題をどのように解決するか？
• RQ4 大規模な追加次元およびランダル＝サンドル・モデルは、重力と宇宙論的進化の理解をどのように変えるか？
• RQ5 M理論から導かれる brane world シナリオは、標準的 Friedmann-Robertson-Walker 宇宙論に代わる代替モデルをどのように提供するか？

主な発見

• ブランドンバーガー＝ヴァーファのメカニズムは、超弦理論における巻き込みモードに基づき、時空が3つの大きな空間次元を持つ理由を動的かつ説明可能なものとして提示する。
• p-brane ガスを組み込むことで、標準的宇宙論的進化が変更され、初期宇宙の膨張に関する代替的シナリオが得られる可能性がある。
• 予ビッグバン・シナリオは、冷たくかつ弱い結合状態から出発し、熱的ビッグバンへと進化する特異点のない宇宙論的モデルを提供する。
• ホーラツァ＝ウィッテンのヘテロティック M理論は、境界面上の E8 ゲージ群がコンパクト化によって標準模型のゲージ群を説明可能であるという枠組みを提供する。
• ランダル＝サンドル・モデルは、歪みのある追加次元を介して階層問題の解決を実現し、現象論的に妥当な宇宙論的結果を示す。
• 大規模な追加次元を有する brane world 宇宙論は、重力が高次元を介して伝播可能である一方で、標準模型の場は3-brane に閉じ込められることを示唆し、初期宇宙における宇宙論的ダイナミクスを変える。