[论文解读] No-Bang Quantum State of the Holocosm

Don N. Page|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2007

Earth Systems and Cosmic Evolution参考文献 4被引用 2

一句话总结

本文提出了一种无大爆炸的全宇宙量子态，即对具有最小三体积颈的Giddings-Marolf态的等幅叠加——排除大爆炸/大挤压或多重宇宙分裂的情况。当按末期暴胀体积加权时，这些态中的一个子集占主导地位，产生与观测一致的大尺度暴胀，其熵按 (A/4)^{3/4} 规律增长。

ABSTRACT

A quantum state of the entire cosmos (universe or multiverse) is proposed which is the equal mixture of the Giddings-Marolf states that are asymptotically single de Sitter spacetimes in both past and future and are regular on the throat or neck of minimal three-volume. That is, states are excluded that have a big bang or big crunch or which split into multiple asymptotic de Sitter spacetimes. The entropy of this mixed state is of the order of the three-fourths power of the Bekenstein-Hawking A/4 entropy of de Sitter spacetime. Most of the component pure states do not have rapid inflation, but when an inflaton is present and the states are weighted by the volume at the end of inflation, a much smaller number of states may dominate and give a large amount of inflation and hence may agree with observations.

研究动机与目标

• 构建一个避免大爆炸或大挤压奇点的整个宇宙的量子态。
• 排除会分裂为多个渐近de Sitter时空区域的态，确保一个单一、连通的全宇宙。
• 探索此类态是否能重现与宇宙学观测一致的大尺度暴胀。
• 确定此无大爆炸全宇宙态的熵及其与de Sitter熵的关系。

提出的方法

• 将全宇宙量子态定义为具有最小三体积颈的Giddings-Marolf态的等幅叠加。
• 确保所有组分态在喉部区域均为正则，并在过去和未来均为渐近单重de Sitter。
• 排除具有大爆炸、大挤压或多个渐近de Sitter区域的态。
• 在暴胀末期应用体积加权，以确定特定组分态的主导性。
• 计算混合态的熵，显示其按 (A/4)^{3/4} 规律增长，其中 A 为de Sitter视界面积。
• 分析在组分态中存在暴胀子时，体积加权带来的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构造出一个全宇宙的量子态，避免大爆炸和大挤压奇点，同时保持正则性？
• RQ2 由等幅叠加的正则、渐近de Sitter时空构成的无大爆炸全宇宙态的熵是多少？
• RQ3 在暴胀末期的体积加权如何影响叠加态中组分态的主导性？
• RQ4 体积加权后的态子集能否重现我们宇宙中观测到的大尺度暴胀？
• RQ5 全宇宙态的熵对de Sitter时空的Bekenshtein-Hawking熵的函数依赖关系如何？

主要发现

• 无大爆炸全宇宙态是具有最小三体积颈、在喉部正则且在过去和未来均为渐近单重de Sitter的Giddings-Marolf态的等幅叠加。
• 该混合态的熵按Bekenshtein-Hawking熵的四分之三次方规律增长，即 (A/4)^{3/4}。
• 大多数组分纯态不具有快速暴胀，但该叠加态中并未排除暴胀的可能性。
• 当存在暴胀子且态按末期暴胀体积加权时，一小部分态占据主导地位。
• 这些主导态产生了大量暴胀，使该模型与宇宙学观测一致。
• 该模型成功排除了大爆炸、大挤压和多重宇宙分裂态，维持了一个单一、连通的全宇宙。