[论文解读] Extending cosmological natural selection

Gordon McCabe|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 19被引用 3

一句话总结

本文通过提出一种称为‘宇宙生成漂移’（cosmogenic drift）的随机过程，将李·斯莫林的宇宙自然选择假说进一步拓展，该过程使数学结构朝向稳定、刚性的形式演化，从而导致量子相对论性宇宙的出现。该理论将量子相对论性宇宙的先验存在解释为这一漂移过程的自然结果，使自然选择能够随后作用于可繁殖宇宙的种群。

ABSTRACT

The purpose of this paper is to propose an extension to Lee Smolin's hypothesis that our own universe belongs to a population of universes evolving by natural selection. Smolin's hypothesis explains why the parameters of physics possess the values we observe them to possess, but depends upon the contingent fact that the universe is a quantum relativistic universe. It is proposed that the prior existence of a quantum relativistic universe can itself be explained by postulating that a process of cosmogenic drift evolves universes towards stable ('rigid') mathematical structures.

研究动机与目标

• 解决为何我们的宇宙具有特定物理参数这一偶然性问题，这些参数无法从基本原理推导出来。
• 解释为何存在一个必要的、用于斯莫林宇宙自然选择的量子相对论性宇宙。
• 提出一种机制（宇宙生成漂移），解释量子相对论性宇宙的先期出现是朝向稳定数学结构的随机演化过程的自然结果。
• 通过假定一种前选择的随机过程，将物理宇宙的起源与自然选择框架统一起来。
• 通过将允许生命存在的宇宙的存在性建立在朝向刚性的宇宙生成漂移过程基础上，为多元宇宙理论提供更深层次的解释基础。

提出的方法

• 提出一种称为‘宇宙生成漂移’的随机过程，使数学结构朝向稳定、刚性形式演化，其中量子相对论性宇宙作为吸引子。
• 将宇宙的演化建模为马尔可夫过程，其转移概率由函数 $ G(x,x';t) $ 定义，用于描述概率分布 $ \rho(x,t) $ 的时间演化。
• 应用福克-普朗克方程来描述概率分布的时间演化，同时包含扩散项和漂移项：$ \partial\rho/\partial t = D\nabla^2\rho - \nu\nabla\rho $。
• 同时考虑简单的布朗运动与带漂移的几何布朗运动，后者在参数必须保持非负时更受青睐。
• 使用路径空间概率测度 $ p(\gamma) = T(x_{n-1},x_n)\cdots T(x_0,x_1)\rho(x_0,0) $ 来定义演化轨迹的可能性。
• 主张，只要时间无限，任何此类随机过程最终都会演化为一个量子相对论性宇宙，该宇宙随后成为自然选择的稳定起点。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何存在一个量子相对论性宇宙，尽管其参数具有偶然性且无法从理论上推导？
• RQ2 量子相对论性宇宙的出现能否被解释为更深层次随机过程的自然结果？
• RQ3 哪种随机过程——简单扩散还是带漂移的扩散——最能解释朝向稳定、刚性数学结构的演化？
• RQ4 宇宙生成漂移如何提供一种前选择机制，使宇宙自然选择得以运作？
• RQ5 支配多元宇宙中参数变化的随机过程能否从量子引力导出，还是其本身是独立的？

主要发现

• 宇宙生成漂移，即一种使数学结构朝向稳定、刚性形式演化的随机过程，能够解释量子相对论性宇宙的先期存在。
• 由于结构稳定性，量子相对论性宇宙作为该漂移过程的吸引子出现，无论初始分布如何。
• 带有漂移项的福克-普朗克方程 $ \partial\rho/\partial t = D\nabla^2\rho - \nu\nabla\rho $ 控制着宇宙概率分布的时间演化。
• 带漂移的几何布朗运动是参数变化的合理模型，尤其当参数必须保持非负时。
• 只要概率分布演化朝向稳定结构，该过程对具体分布形式（如正态或对数正态）不敏感。
• 一旦达到量子相对论性宇宙，自然选择即可启动，如斯莫林原始假说所述，黑洞形成将触发新宇宙的繁殖。