[论文解读] Decaying universes and the emergence of Bell-type interuniversal entanglement in varying fundamental constants cosmological model

Adam Balcerzak, Mateusz Lisaj|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种三重量化宇宙学模型，在该模型中，一个母宇宙通过可变常数框架下的相互作用项衰变为两个纠缠的宇宙。通过将光速和引力常数与非最小耦合的标量场相关联，该模型诱导出衰变过程，生成近乎最大纠缠的贝尔型态，其纠缠强度通过冯·诺依曼熵量化，在对称的宇宙学常数情况下可达约~0.999。

ABSTRACT

In this paper, we consider a high-curvature limit of the varying fundamental constants toy model in which both the value of the speed of light and the value of the gravitational constant are related to the values of the two non-minimally coupled scalar fields. The high-curvature limit motivates the application of the third quantization procedure to such a toy model which results in a theory that describes bosonic massive particles that move freely in the three-dimensional minisuperspace associated with the degrees of freedom of the original model. Motivated by the idea that in the quantum cosmological description the minisuperspace gets promoted to a real configurational space of the system we supplement the third quantized action of the considered model with an interaction term that allows for decay and scattering processes. We show that such interaction term induces a scenario in which a parent universe decays into two universes described by a maximally entangled Bell state. We eventually asses the strength of the entanglement, in the created pair of universes, by calculating the von Neumann entropy of entanglement.

研究动机与目标

• 开发一个包含动态c和G的可变基本常数宇宙学的三重量化框架。
• 在极小超空间中引入一个相互作用项，以实现宇宙之间的衰变和散射过程。
• 研究此类相互作用是否自然导致宇宙间纠缠。
• 使用冯·诺依曼熵量化衰变产生的宇宙对之间的纠缠强度。
• 证明在对称宇宙学条件下，结果纠缠为贝尔型且近乎最大。

提出的方法

• 制定一个非最小耦合双标量引力模型在高曲率极限下的形式，其中c和G为标量场依赖量。
• 应用三重量化，将惠勒-德维特波函数提升为量子场算符，描述三维极小超空间中的大质量玻色子。
• 在作用量中引入一个允许宇宙衰变和散射的相互作用项，以谐振耦合方式建模。
• 使用福克空间形式描述多元宇宙，基态对应于由极小超空间动量量子数标记的宇宙。
• 推导高曲率区域的时间演化和衰变速率，重点关注接近奇点极限的情况。
• 计算衰变过程中产生的宇宙对的冯·诺依曼纠缠熵。

实验结果

研究问题

• RQ1 在三重量化可变常数宇宙学中，衰变过程是否会导致宇宙间纠缠？
• RQ2 此类衰变过程中产生的纠缠态的性质是什么——具体而言，它是否类似于贝尔态？
• RQ3 纠缠强度如何依赖于结果宇宙中的宇宙学常数？
• RQ4 在对称条件下，纠缠是否为最大或近乎最大纠缠？
• RQ5 该模型的相互作用项是否自然生成纠缠，而无需依赖非标准的量子场论诠释？

主要发现

• 三重量化作用量中的相互作用项诱导出母宇宙衰变为两个不同宇宙，产生近乎最大纠缠的贝尔型态。
• 当两个宇宙中的宇宙学常数相等时，产生的宇宙对的纠缠熵达到约0.999的最大值。
• 当两个结果宇宙中的宇宙学常数相近时，纠缠强度最高，表明其与参数对称性存在直接依赖关系。
• 该模型通过一个物理上合理的相互作用项实现了宇宙间纠缠，允许散射和衰变，而无需对福克空间作非标准诠释。
• 经典模型的高曲率极限支持三重量化程序的有效性，从而实现了对宇宙产生和衰变的一致量子描述。
• 在所选相互作用下，结果纠缠态具有鲁棒性和普遍性，表明此类纠缠可能是该框架下动力学宇宙衰变的自然结果。