[论文解读] Was There a Beginning?

Leonard Susskind|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2012

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 4被引用 9

一句话总结

Susskind认为，尽管Mithani和Vilenkin声称宇宙必定有一个开端，但在所有标准的暴胀和循环宇宙学模型中——包括德西特空间、循环宇宙以及永恒暴胀——由于因果区域的无限过去结构，任何典型观察者都无法检测到开端的概率为1。因此，从实际角度来看，宇宙是过去永恒的。

ABSTRACT

In this note I respond to Vilenkin's claim that there must have been a beginning.

研究动机与目标

• 挑战Mithani和Vilenkin关于宇宙必定有开端的结论。
• 证明在所有标准的暴胀和循环宇宙学中，由于无限的因果过去，典型观察者无法检测到开端。
• 表明即使在具有终端真空或循环动力学的模型中，远离初始状态的统计可能性也占绝对优势。
• 调和局部观察者体验与永恒暴胀中全局多重宇宙结构之间的明显矛盾。

提出的方法

• 使用希尔伯特城（Hilbertville）这一一维无限城市的 Gedankenexperiment，以模拟观察者的典型性以及边界的可检测性。
• 将因果区域形式化应用于德西特空间和循环宇宙，表明观察者被限制在具有有限熵的有限区域内。
• 分析循环宇宙的热力学行为，表明除非它们演化为类似德西特的行为，否则将违反热力学第二定律。
• 应用永恒暴胀的树状模型，表明大多数观察者远离根节点，使得初始状态不可检测。
• 利用多重宇宙中的分形流概念，表明晚期统计主导，初始条件被抹去。
• 结合局部观察者推理与全局多重宇宙统计，解决永恒暴胀中看似矛盾的问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 在永恒暴胀或循环宇宙中的典型观察者能否检测到开端？
• RQ2 观察者典型性如何影响宇宙学模型中初始条件的可检测性？
• RQ3 为何德西特空间中的因果区域视角会暗示宇宙是过去永恒的，尽管存在全局初始条件？
• RQ4 永恒暴胀中因果区域的指数增长如何影响检测初始状态的可能性？
• RQ5 热力学在排除不稀释熵的循环宇宙中起什么作用？

主要发现

• 在德西特空间中，任何有限观察者只能看到有限次的反弹或跃迁，使得边界在实际上无法到达。
• 即使在循环宇宙中，观察者的因果区域也受视界限制，行为类似德西特空间，导致有限熵并最终热化。
• 在长时间极限下，典型观察者距离根节点在N次跃迁之内的概率为零，这是由于因果区域的指数增长。
• 全局多重宇宙统计受分形流吸引子支配，使得初始条件对晚期观察者无关紧要。
• 对于任何有限时间T，开端发生在超过T个时间单位之前的概率为1，意味着它在实际上位于负无穷。
• 热力学约束排除了不稀释熵的循环宇宙，迫使其演化为具有有限因果区域的类似德西特的行为。