[论文解读] Emergent Spacetime: Reality or Illusion?

Hyun Seok Yang|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2015

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 11被引用 3

一句话总结

本文主张时空并非基本结构，而是源自非对易（NC）量子结构的涌现，从而挑战多元宇宙假说。通过非对易时空与紫外/红外混合（UV/IR mixing），本文表明普朗克尺度的能量密度无法叠加，意味着仅存在一次宇宙暴胀事件，并自然地解释了暗能量的存在，从而动摇了通过涌现引力与背景独立性所支持的多元宇宙论据。

ABSTRACT

The contemporary physics has revealed growing evidences that the emergence can be applied to not only biology and condensed matter systems but also gravity and spacetime. We observe that noncommutative spacetime necessarily implies emergent spacetime if spacetime at microscopic scales should be viewed as noncommutative. Since the emergent spacetime is a new fundamental paradigm for quantum gravity, it is necessary to reexamine all the rationales to introduce the multiverse hypothesis from the standpoint of emergent spacetime. We argue that the emergent spacetime certainly opens a new perspective that may cripple all the rationales to introduce the multiverse picture. Moreover the emergent spacetime may rescue us from the doomsday of metastable multiverse as quantum mechanics did from the catastrophic collapse of classical atoms.

研究动机与目标

• 通过涌现时空的视角重新诠释多元宇宙假说的根基性论据，以挑战其本身。
• 证明非对易时空意味着时空的涌现，从而使先前将时空视为基本结构的假设失效。
• 表明在非对易几何中，紫外/红外混合与时空不确定性会阻止多个暴胀区域的形成，从而排除永恒暴胀所支撑的多元宇宙。
• 不再将弦景观视为紧致化几何的集合，而将其重新解释为四维空间中微观量子构型的系综。
• 确立涌现时空作为背景独立、基本的范式，取代需要人择多元宇宙解释的必要性。

提出的方法

• 提出时空起源于非对易（NC）量子几何，其中海森堡不确定性原理扩展至时空坐标。
• 应用时空不确定性关系与紫外/红外混合，表明超越普朗克尺度的能量累积被禁止，从而阻止新暴胀区域的形成。
• 通过量纲分析，将观测到的暗能量密度与普朗克尺度和哈勃尺度的乘积倒数联系起来，得出 δρ ∼ (10⁻³ eV)⁴。
• 逆转卡鲁扎-克莱因范式：不再从几何推导规范理论，而是从四维空间中的规范场与物质场推导几何。
• 将弦景观解释为对应于不同微观量子构型的非对易代数系综，而非固定的紧致化几何。
• 应用背景独立的矩阵模型作为涌现时空的具体实现，避免对时空结构的先验假设。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过涌现时空重新诠释其根基性假设，从而动摇多元宇宙假说？
• RQ2 非对易时空是否因紫外/红外混合而阻止多个暴胀区域的形成？
• RQ3 暗能量能否自然地从量子引力与可观测宇宙尺度的相互作用中产生？
• RQ4 弦景观是否更应被理解为量子构型的系综，而非紧致化几何？
• RQ5 背景独立的量子引力能否在无需人择推理的情况下，为多元宇宙提供一致的替代解释？

主要发现

• 非对易时空强制实行时空不确定性关系，阻止了新普朗克尺度能量密度的叠加，意味着仅存在一次宇宙暴胀事件。
• 在非对易时空中，紫外/红外混合阻碍了多个暴胀子区域的形成，从而否定了支撑多元宇宙的永恒暴胀情景。
• 观测到的暗能量密度 δρ ∼ (10⁻³ eV)⁴ 自然地源于普朗克尺度与哈勃尺度的乘积，暗示其与可观测宇宙尺度存在深层联系。
• 传统上被视为 10⁵⁰⁰ 个紧致化几何的弦景观，可被重新解释为四维空间中微观量子构型的系综，类似于量子态的阿伏伽德罗常数。
• 通过矩阵模型与非对易几何实现的背景独立量子引力，提供了一个一致的框架，排除了对先验时空的依赖，从而动摇了多元宇宙的论据。
• 如同量子力学曾拯救物理免于‘末日’般的不稳定的多元宇宙一样，涌现时空也可能通过提供更基本、更一致的结构，挽救物理学。