[论文解读] Effects of inter-universal entanglement on the state of the early universe

Salvador Robles-Pérez|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出，早期宇宙与一个伴生宇宙通过量子纠缠形成，总动量在极小超空间中守恒。两个宇宙中物质场的纠缠导致一种准热态，其在宇宙微波背景（CMB）涨落中表现出独特且可区分的光谱特征——为多元宇宙量子宇宙学提供了可检验的信号。

ABSTRACT

The creation of universes in entangled pairs with opposite values of the momenta conjugated to the configuration variables of the minisuperspace would be favoured in quantum cosmology by the conservation of the total momentum, in a parallel way as particles are created in pairs with opposite values of their momenta in a quantum field theory. Then, the matter fields that propagate in the two universes may become entangled too, the result of which is the appearance of a quasi thermal state that would produce a specific and distinguishable pattern in the spectrum of fluctuations of the matter fields in the early universe.

研究动机与目标

• 探讨多元宇宙框架下宇宙之间的量子纠缠是否能在早期宇宙中留下可观测的印记。
• 研究极小超空间中动量守恒如何有利于纠缠宇宙对的形成。
• 确定物质场中由纠缠引起的准热态是否会在CMB涨落中产生可区分的特征。
• 区分宇宙间纠缠效应与其他量子修正或反作用效应在早期宇宙宇宙学中的影响。

提出的方法

• 将均匀宇宙的量子宇宙学与弯曲时空中标量场传播之间的形式类比。
• 通过极小超空间配置变量中动量守恒，将宇宙的产生建模为纠缠对。
• 应用量子光学中的参量放大器模型，描述两个经典上相互隔离的宇宙中模式之间的纠缠生成。
• 推导每个宇宙场模的约化密度矩阵，显示其具有与模波数相关的特定温度依赖性的准热态。
• 利用纠缠态中涨落的谱与不变真空态（解纠缠态）进行比较，通过公式（44）推导出可区分的模式。
• 分析由此产生的光谱修改，识别CMB功率谱中独特的非热、非真空特征，特别是对视界尺度模（x ~ 1）的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在量子宇宙学中，动量守恒是否会使宇宙以纠缠对的形式被优先创建？
• RQ2 宇宙间的纠缠如何影响早期宇宙中物质场的量子态？
• RQ3 纠缠在CMB涨落谱上留下了何种具体且可区分的模式？
• RQ4 由纠缠诱导的准热态能否与热化或真空涨落区分开来？
• RQ5 所提出的纠缠信号是否足够稳健，能够与早期宇宙模型中的其他量子修正或反作用效应区分开来？

主要发现

• 多元宇宙中宇宙之间的纠缠导致每个宇宙中物质场的准热态，其由具有模依赖温度的约化密度矩阵描述。
• 纠缠态中涨落的谱由公式（44）给出，显示出对模波数x具有独特、非热、非真空的依赖关系。
• 对于视界尺度模（x ~ 1），其与真空态的偏离显著，表明在CMB中存在可观测的印记。
• 该模型预测CMB涨落中存在一种特定且可区分的模式，这种模式无法由标准真空态或精确热态再现。
• 该效应在视界尺度附近的模中最为显著，对大尺度模（x ≫ 1）影响可忽略，使其成为观测的靶向信号。
• 该信号为多元宇宙假说提供了可检验的预测，可将其与统计型多元宇宙范式及其他量子修正区分开来。