[论文解读] Is anti-de Sitter a realistic bulk in brane cosmology

D. H. Coule|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2001

Black Holes and Theoretical Physics被引用 2

一句话总结

本文通过论证高能弦理论动力学导致偏好时间方向的出现，挑战了膜宇宙学中反 de Sitter (AdS) 空间在物理上的可行性。它指出，阻止 AdS 空间坍缩的完美宇宙学原理（PCP）是不物理的。本文提出，由违反弱能量条件的带电黑洞驱动的永恒循环膜宇宙，是比 ekpyrotic 模型更一致的替代方案，其宇宙循环由量子引力效应维持。

ABSTRACT

The maximal symmetry, or Perfect Cosmological Principle(PCP), that prevents AdS type spaces from degenerating into anti-inflationary collapse is argued to be unphysical. For example, the simple requirement that brane-bulk models should be the result of having evolved from even more energetic string phenomena picks out a preferred time direction. We question whether quantum cosmological reasoning can be applied in any meaningful way to obtain, what are essentially, classical constructs . An alternative scheme is to more readily accept the PCP and allow the branes to also become eternal. A perpetually expanding and contracting brane model could be driven by the presence of charged black holes in the AdS bulk, that effectively violates the weak-energy condition as singularities are approached. This can be contrasted with the so-called Ekpyrotic universe which also closely accepts the PCP. This being broken only by occasional collisions between branes, that can then simulate a big bang cosmology.

研究动机与目标

• 评估反 de Sitter (AdS) 时空在膜宇宙学框架中的物理可信度。
• 挑战最大对称性（完美宇宙学原理）作为 AdS 基础模型的物理可行性假设。
• 探索膜在布郎中由黑洞驱动的永恒循环演化所构成的替代宇宙学模型。
• 将此类模型与 ekpyrotic 宇宙情景进行对比，后者仅由罕见的膜碰撞引发宇宙循环。

提出的方法

• 分析高能弦理论对时间取向的影响，论证其破坏最大对称性并引入偏好时间方向。
• 考察 AdS 布朗中带电黑洞作为在奇点附近违反弱能量条件的机制。
• 提出此类违反可维持膜的永恒膨胀与收缩，避免坍缩。
• 将由此产生的永恒循环膜模型与 ekpyrotic 宇宙进行比较，后者由偶发的膜碰撞触发。
• 评估量子宇宙学推理在推导经典膜-布郎构型时的一致性。
• 主张接受完美宇宙学原理作为工作假设，但仅在补充永恒膜动力学的前提下。

实验结果

研究问题

• RQ1 在膜宇宙学背景下，稳定 AdS 时空的完美宇宙学原理是否具有物理合理性？
• RQ2 在不依赖奇异膜碰撞的前提下，能否在 AdS 布朗中维持永恒循环的膜动力学？
• RQ3 AdS 布朗中的带电黑洞在多大程度上违反弱能量条件，并使永恒宇宙循环成为可能？
• RQ4 高能弦理论动力学导致的偏好时间方向如何影响 AdS 模型中最大对称性的有效性？
• RQ5 该模型与 ekpyrotic 宇宙在循环启动方式和能量条件方面有何不同？

主要发现

• 完美宇宙学原理被认为不物理，因其与高能弦现象中出现的偏好时间方向相冲突。
• AdS 时空在物理演化下不太可能保持稳定，因其在缺乏动力学机制时趋向于反膨胀坍缩。
• AdS 布朗中的带电黑洞可在奇点附近违反弱能量条件，从而实现膜的永恒膨胀与收缩。
• 由此类黑洞驱动的永恒循环膜模型，是比依赖罕见膜碰撞的 ekpyrotic 场景更可行的替代方案。
• 量子宇宙学推理无法有意义地生成经典膜-布郎结构，提示需要替代的基础假设。
• 在允许永恒膜动力学的前提下接受 PCP，比依赖奇异高曲率事件的模型提供更一致的框架。