[论文解读] Dark Energy from Closed Strings in Toroidal Cosmology

Mar Bastero-Gil, Paul H. Frampton+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本文提出，暗能量源于环形宇宙模型中闭合弦的动量模式与绕数模式之间的量子关联。由于背景膨胀导致的超普朗克模式指数抑制，使得在三个大空间维度中形成冻结的凝聚态，自然地得出在普朗克单位下观测到的宇宙学常数值 $\Lambda \sim 10^{-120}$。

ABSTRACT

A long-standing problem of theoretical physics is the exceptionally small value of the cosmological constant $\\Lambda \\sim 10^{-120}$ measured in natural Planckian units. Here we derive this tiny number from a toroidal string cosmology based on closed strings. In this picture the dark energy arises from the correlation between momentum and winding modes that for short distances has an exponential fall-off with increasing values of the momenta.The freeze-out by the expansion of the background universe for these transplanckian modes may be interpreted as a frozen condensate of the closed-string modes in the three non-compactified spatial dimensions.

研究动机与目标

• 通过弦理论机制从基本层面上推导出观测到的 $\Lambda \sim 10^{-120}$（以普朗克单位表示）来解决宇宙学常数问题。
• 解释暗能量作为紧致化环形时空中闭合弦模式的量子凝聚态的起源。
• 展示由于宇宙膨胀导致的超普朗克模式指数抑制，如何导致稳定且极小的真空能量密度。
• 将高动量绕数模式的冻结与三个大空间维度中低能暗能量凝聚态的形成联系起来。

提出的方法

• 将宇宙建模为具有三个大空间维度和紧致化额外维度的环形紧致化结构。
• 分析闭合弦模式，重点关注紧致化维度中动量模式与绕数模式之间的相互作用。
• 应用短距离相关函数中指数衰减的条件，其驱动力来自高动量模式。
• 引入宇宙膨胀的影响，导致超普朗克模式冻结，从而有效将其从动力学中解耦。
• 将由此产生的冻结态视为在三个非紧致维度中闭合弦模式的凝聚态。
• 从冻结的凝聚态推导有效真空能量密度，表明其与观测到的 $\Lambda \sim 10^{-120}$ 一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从基本的量子引力原理推导出宇宙学常数极小的值 $\Lambda \sim 10^{-120}$？
• RQ2 闭合弦的动量模式与绕数模式在环形紧致化中扮演何种角色，以生成暗能量？
• RQ3 宇宙膨胀如何导致超普朗克弦模式的冻结及其凝聚为暗能量贡献？
• RQ4 观测到的暗能量密度是否能自然地从紧致化弦宇宙学中的量子关联中产生？

主要发现

• 通过环形紧致化中闭合弦的动量模式与绕数模式之间的关联，宇宙学常数自然地以 $\Lambda \sim 10^{-120}$（以普朗克单位表示）出现。
• 短距离关联的指数衰减抑制了高能贡献，自然地导致极小的有效真空能量。
• 由于宇宙膨胀导致的超普朗克模式冻结，使得在三个大空间维度中形成稳定且冻结的凝聚态。
• 该凝聚态无需参数微调即可解释观测到的暗能量密度。