Home » Articole » Articole » Știință » Fizica » Forţe fundamentale » Gravitația » Spațiul de Sitter în teoria corzilor din gravitația cuantică

Spațiul de Sitter în teoria corzilor din gravitația cuantică

Au existat multe încercări de a construi spațiu-timpurile de Sitter în teoria corzilor. Deși probabil că au existat unele succese, acest lucru s-a dovedit a fi o provocare, ceea ce a condus la conjectura mlaștinilor de Sitter (teorii fizice eficiente de energie joasă care nu sunt compatibile cu gravitația cuantică): teoriile cuantice ale gravitației nu admit spațiu de Sitter stabil sau metastabil. În cadrul aproximărilor controlate, nu există instrumentele necesare pentru a construi spațiul de Sitter în teoria corzilor. Astfel de aproximări ar necesita existența unui set de parametri (arbitrar) mici, supuși unor constrângeri severe. Dar, dincolo de aceasta, este nevoie și de o înțelegere a singularităților big-bang și big-crunch, care nu sunt în prezent accesibile aproximărilor standard din teoria corzilor. Existența sau inexistența spațiului metastabil de Sitter în teoria corzilor rămâne o chestiune de presupunere.

Universul observabil pare să fi apărut dintr-o perioadă de curbură ridicată. Aproape sigur, dacă mergem înapoi, întâlnim o perioadă în care relativitatea generală clasică nu se aplica. În mod remarcabil, în timp ce teoria corzilor a oferit instrumente pentru a gândi la multe întrebări legate de gravitația cuantică, cosmologiile asemănătoare cu ale noastre rămân inaccesibile aproximărilor controlate din teorie. Este posibil ca Big Bang-ul observat nu este descris de o teorie cuantică a gravitației sau necesită o structură încă mai mare, dar ar părea mai probabil ca aceasta să reprezinte pur și simplu un eșec al colecției noastre actuale de instrumente teoretice.

Dovezi puternice din observațiile supernovelor [1], CMB [2] și structura la scară largă [3] sugerează că universul nostru a intrat într-o etapă de expansiune exponențială, bine descrisă ca o soluție de Sitter a ecuațiilor lui Einstein. La un moment dat la scurt timp după Big Bang, există motive întemeiate de a crede că universul a trecut și el printr-o perioadă de expansiune exponențială [4–7]. Așadar, spațiul de Sitter pare să joace un rol important în orice înțelegere a universului nostru prezent și trecut. Perioada inflaționistă a durat doar o scurtă clipă; înțelegerea noastră limitată a modului în care spațiul de Sitter ar putea apărea în teoria corzilor ar sugera că chiar și universul nostru actual de Sitter este metastabil.

Noțiunea de peisaj cosmic introduce un alt rol pentru spațiile de constantă cosmologică pozitivă (c.c.). În special, un astfel de peisaj ar putea permite o realizare a selecției antropice a c.c. [8], dar ar părea să necesite existența unui set vast de c.c. metastabile, pozitive.

Având în vedere aceste considerații, conjectura [9] că spațiul metastabil de Sitter se află în mlaștina teoriilor gravitației cuantice este deosebit de interesantă, cu posibile implicații pentru inflație, natura energiei întunecate observate în prezent și implementarea explicației antropice a c.c. S-a dovedit dificilă construirea spațiului de Sitter în teoria corzilor. Deși există construcții care par să atingă un punct staționar cosmologic pozitiv într-o acțiune eficientă adecvată [10, 11], nu este clar că acestea sunt în vreun sens generice.

Dar ar trebui mai întâi să ne întrebăm: ce ar însemna să construiești spațiul lui de Sitter în teoria corzilor? În majoritatea construcțiilor, se începe cu o soluție clasică a ecuațiilor teoriei corzilor critice. Aceste soluții au invariabil module sau pseudomodule. Apoi se adaugă caracteristici, cum ar fi fluxuri, brane și planuri orientative care dau naștere unui potențial pentru aceste module și caută un minim local cu c.c. cu patru dimensiuni pozitive. Aceste încercări de a construi spațiul de Sitter ridică în general două întrebări. În primul rând, care este schema de aproximare care ar putea justifica o astfel de construcție? În al doilea rând, orice spațiu de Sitter găsit în acest fel este în mod necesar, în cel mai bun caz, metastabil: în mod inevitabil, există o densitate de energie mai mică în regiunile asimptotice ale spațiului original al modulelor. Din punctul de vedere al  mecanicii cuantice, presupusa stare de Sitter nu poate fi eternă. Are o istorie; se va deteriora în viitor și trebuie să fi fost creată de un mecanism în trecut. Mecanica cuantică a acestui proces este dificil de stabilit. Deja clasică, noțiunea de spațiu etern de Sitter în teoria corzilor este problematică; micile perturbații în apropierea punctului staționar de Sitter al acțiunii efective evoluează către cosmologii singulare.

Mai detaliat, există cel puțin două provocări pentru orice căutare a spațiului metastabil de Sitter în teoria corzilor:

  1. Este nevoie de cel puțin un parametru mic care să permită o aproximare controlată pentru a găsi puncte staționare ale unei acțiuni eficiente. Aici se întâlnește problema descrisă în [12]. Fără a introduce parametri suplimentari, fixați (adică, introducerea de parametri nedeterminați de module), ar fi puncte staționare în potențialul modulelor pentru module care se află la o cuplare puternică. De obicei, atacurile asupra acestei probleme (și problemele cu spațiul de Sitter) exploatează fluxuri mari. (1) Dacă trebuie să existe o aproximare sistematică, este necesar ca cuplarea corzilor să fie mică și razele de compactare mari în orice punct care ar fi staționar găsit în acest fel. Dacă strategia este de a obține cuplări inverse și raze scalate de o anumită putere a fluxurilor, este, de asemenea, important ca aceste fluxuri (și eventual alți parametri discreți) să poată fi luate în mod arbitrar de mari, fără a strica tratamentul efectiv al acțiunii. Chiar și ținând cont necritic de această din urmă posibilitate, vom vedea că este destul de dificil să se realizeze cuplarea de corzi în mod arbitrar slab și o rază mare, cu c.c. pozitiv sau negativ. (2)
  2. Dacă găsești un astfel de punct staționar, trebuie să întrebi despre stabilitate. Mai precis, în teoria corzilor, suntem obișnuiți să căutăm geometrii de fundal adecvate și configurații de câmp, solicitând ca evoluția excitațiilor despre aceste configurații să fie descrisă de o matrice S unitară. În mod clasic, cel puțin într-un fundal plat, aceasta este afirmația că orice perturbare inițială a sistemului are o evoluție sensibilă la o perturbare finală. Din nou, vom vedea că această cerință este problematică pentru orice ar fi punct staționar clasic de Sitter într-o astfel de teorie; chiar dacă toate valorile proprii ale matricei de masă pătrată (operator de fluctuație mică) sunt pozitive, clase mari de perturbații mici evoluează la geometrii singulare.

Problema evoluției micilor perturbații este legată de proprietățile modulelor de compactificări ale corzilor, descrise mai sus. Luăm în considerare, în special, perturbările câmpurilor de module într-un spațiu de Sitter clasic, etern. Unele mici fluctuații din trecutul îndepărtat sunt amplificate, trecând peste bariera unui univers contractant care culminează într-o singularitate mare criză. Ca urmare, deja clasic, nu există nicio noțiune de matrice S (în sensul descrierii viitorului oricărei mici perturbări a sistemului), chiar limitată la perturbații foarte mici localizate în apropierea minimul metastabil al potențialului. În colecția noastră actuală de instrumente de calcul, ne lipsește orice cadru în teoria corzilor pentru a studia astfel de singularități. Ca rezultat, Problema construirii spațiului de Sitter în teoria corzilor nu este, cel puțin în prezent, accesibilă analizei sistematice.

Ne lipsesc metodele teoretice care să abordeze, în orice mod sistematic, problema construcției spațiului de Sitter în teoria corzilor, la fel de mult pe cât ne lipsesc instrumentele pentru a înțelege singularitățile Big Bang sau Big Crunch în orice aproximare controlată. Existența stărilor de Sitter metastabile poate fi plauzibilă sau nu, dar este o chestiune de speculație. (3) Eșecul de a găsi astfel de stări în orice analiză controlată pare, cel puțin în prezent, inevitabil.

Note

(1) Construcțiile KKLT [13] sunt, într-un anumit sens, o excepție
(2) Acest punct a fost notat mai devreme [14–16]. O critică largă, aplicabilă multor scenarii non-disruptive, a fost prezentată în [17].
(3) Referința [18] oferă argumente neperturbative pentru absența de Sitter vacua în aproximările controlate. Au fost propuse diferite scenarii despre cum ar putea apărea de Sitter și cum ar putea fi înțeles acest lucru, chiar și fără o aproximare sistematică. Printre multe exemple, [19, 20] pledează pentru o versiune mai rafinată, bazată pe construcții explicite; [21, 22] iau în considerare compactificările teoriei F și aspectele asociate. [23] propune un alt mod în care ar putea apărea de Sitter. [24] are o viziune fenomenologică a problemei. O discuție alternativă a spațiului de Sitter în flux vacua apare în [17], care argumentează împotriva stabilizării fluxului pe motive destul de generale. [25] are o perspectivă optimistă asupra perspectivelor pentru astfel de construcții și [26–28] prezintă mai multe scenarii.

Referințe

Sursa: Dine, M., Law-Smith, J.A.P., Sun, S. et al. Obstacles to constructing de Sitter space in string theory. J. High Energ. Phys. 2021, 50 (2021). https://doi.org/10.1007/JHEP02(2021)050, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare © 2024 Nicolae Sfetcu

Gravitația
Gravitația

Prezenta lucrare abordează gravitația din punctul de vedere al fizicii fenomenlogice cu accent pe testele gravitaționale, al epistemologiei și metodologiei utilizate de oamenii de știință, și al ontologiei gravitației, spațiului și timpului. Gravitația are un caracter universal, dar puterea sa … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $6.99 Selectează opțiunile
De la Big Bang la singularități și găuri negre
De la Big Bang la singularități și găuri negre

Singularitățile la care se ajunge în relativitatea generală prin rezolvarea ecuațiilor lui Einstein au fost și încă mai sunt subiectul a numeroase dezbateri științifice: Există sau nu, singularități? Big Bang a fost o singularitate inițială? Dacă singularitățile există, care este … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $2.99 Selectează opțiunile
Știința - Filosofia științei
Știința – Filosofia științei

Cartea explorează principalele teme și teorii ale științei și filozofiei contemporane a științei, evidențiind întrebările fascinante și provocatoare actuale din știință în generală și filosofia științei, cu accent pe metodele științifice. O mare parte din înțelegerea noastră provine din cercetarea … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99$15.55 Selectează opțiunile

2 Responses

  1. ion adrian
    |

    Repet corectand:
    Ar trebui sa stiu mult mai multa fizica pentru a face o legatura intre functia exponentiala Dvina, asa ii spun eu lui e^x care derivat la infinit spune tot aia despre ea sau fenomenul pe care il descrie (Eu Sunt cel ce Sunt) si care foarte interesant se regaseste la integrarrea legii lui Hubble, (v =HS. adica S=e^Ht)

  2. ion adrian
    |

    Ar trebui sa stiu mult mai muta fizica pentru a face o legaura intre functia xponentials Dvina asa ii spun eu lui e^x care derivat la infinit spune tot aia despre ea sau fnomenul pe car il descrie (Eu Sunt cel ce Sunt) si care foarte interesant se regaseste la integrarrea legii lui Hubble, (v =HS. adica S=e^Ht)

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *