[论文解读] Time reversal symmetry in cosmology and the quantum creation of universes

Salvador Robles-Pérez|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2019

Biofield Effects and Biophysics被引用 2

一句话总结

本文提出，宇宙场方程中的时间反演对称性允许宇宙-反宇宙对的量子产生，其中两个宇宙从其内部视角均表现为膨胀，这是由于物理时间变量的反转。该机制为宇宙时间不对称性以及我们宇宙中物质-反物质不对称性提供了一种统一的解释。

ABSTRACT

The classical evolution of the universe can be seen as a parametrised worldline of the minisuperspace, with the time variable $t$ the parameter that parametrises the worldline. The time reversal symmetry of the field equations implies that for any positive oriented solution there can be a symmetric negative oriented one that, in terms of the same time variable, represent an expanding and a contracting universe, respectively. However, the choice of the time variable induced by the correct value of the Schrodinger equation in the two universes makes that their physical time variables could be reversely related. In that case, the two universes would be both expanding universes from the point of view of their internal inhabitants, who identify matter with the particles that move in their spacetimes and antimatter with the particles that move in the time reversely symmetric universe. If the assumptions considered are consistent with a realistic scenario of our universe, the creation of a universe-antiuniverse pair might explain two main and related problems in cosmology: the time asymmetry and the primordial matter-antimatter asymmetry of our universe.

研究动机与目标

• 研究经典场方程中的时间反演对称性是否能导致宇宙-反宇宙对的量子产生机制的一致性。
• 解决时间不对称性和原初物质-反物质不对称性等基本宇宙学问题。
• 探讨对称宇宙中物理时间变量如何使两个宇宙均从其内部观测者的视角表现为膨胀。
• 评估该情景与现实宇宙学模型的一致性。

提出的方法

• 将经典宇宙建模为在极小超空间中的参数化世界线，以时间 $ t $ 作为演化参数。
• 对场方程应用时间反演对称性，生成与原解对称但方向相反的解。
• 将时间反演解中的时间变量重新解释为反宇宙的物理时间，从而使其相对于原宇宙表现出相反的时间流向。
• 将每个宇宙中的物质解释为在其各自物理时间中向前运动的粒子，而另一宇宙中的粒子则被解释为反物质。
• 使用薛定谔方程确定每个宇宙中的正确时间变量，以确保与量子力学的一致性。
• 评估该对称对情景是否能解释我们观测到的宇宙中时间不对称性和重子数不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙场方程中的时间反演对称性是否能导致物理上一致的宇宙-反宇宙对？
• RQ2 两个宇宙中的物理时间变量之间有何关系？能否使两者均从其内部观测者的视角表现为膨胀？
• RQ3 该机制是否自然地解释了我们宇宙中观测到的物质-反物质不对称性？
• RQ4 所提出的此类对的量子产生机制是否与已知的量子力学原理一致？

主要发现

• 场方程的时间反演对称性允许存在一个对称的、负向定向的解，当以相同时间变量 $ t $ 参数化时，该解对应于一个收缩的宇宙。
• 当根据薛定谔方程重新定义物理时间变量时，时间反演解从其内部视角表现为一个膨胀的宇宙。
• 在一个宇宙中向前运动于其物理时间的粒子，由于时间流向的反转，被解释为另一宇宙中的反物质。
• 由此产生的宇宙-反宇宙对均从其内部观测者的视角表现为膨胀，从而解决了时间不对称性的表观问题。
• 该框架为时间箭头以及我们宇宙中原始物质-反物质不对称性提供了统一的解释。