우주 상수 문제

Cosmological constant problem
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표준 모델을 넘어서는
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양성자가 강입자 제트 및 전자로 충돌하여 생성되는 힉스 입자를 나타내는 대형 강입자 충돌기 CMS 입자 검출기 데이터 시뮬레이션
표준 모델
증거
이론들
초대칭성
양자 중력
실험

우주론에서, 우주 상수 문제 또는 진공 대재앙은 관측된 진공 에너지 밀도 값과 양자장 이론에 의해 제시된 이론적으로 큰 제로점 에너지 값 사이의 불일치입니다.

플랑크 에너지 차단과 다른 요인에 따라, 그 차이는 120 [1]차수까지 높아지는데, 물리학자들에 의해 "모든 [1]과학에서 이론과 실험 사이의 가장 큰 차이" 그리고 "물리학 역사상 최악의 이론적 예측"[2]으로 묘사되었다.

역사

중력 효과를 내는 진공 에너지의 기본적인 문제는 1916년에 발터 [3]네른스트에 의해 확인되었다.[4] [5] 그는 값이 0이거나 매우[why?] 작아야 한다고 예측했다.1926년에, W. 렌츠는 deve이"만약 허용하 λ ≈ 2×120010−11 cm은 최단의 파도는...이 방사선 물질 밀도로 개종했다(u/c2~106), 세계의 만곡을 지칭하는은 세상이 달에 하게 되– 다른 값의 진공 에너지 밀도를 얻을 것 기부했다 파장을 관찰했다."[6].[5]결론을 내렸다.의 lopment1980년대의 인플레이션 우주론은 훨씬 더 중요해졌다: 우주 인플레이션이 진공 에너지에 의해 추진됨에 따라 진공 에너지 모델링의 차이는 결과적으로 생기는 우주 이론의 큰 차이로 이어진다.한 때 믿었던 것처럼 진공 에너지가 정확히 0이라면, 표준 [7]δ-CDM 모델에 따르면 우주의 팽창은 관측된 대로 가속되지 않을 것입니다.

양자 설명

1940년대 양자장 이론이 발달한 후, 우주 상수에 대한 양자 변동의 기여에 대해 가장 먼저 언급한 사람은 [8][9]젤도비치였다.양자역학에서는 진공 자체가 양자 변동을 경험해야 한다.일반 상대성 이론에서, 이러한 양자 변동은 우주 상수를 추가할 에너지를 구성합니다.그러나 이 계산된 진공 에너지 밀도는 관측된 우주론적 [10]상수보다 훨씬 큽니다.불일치 정도에 대한 원래 추정치는 120 차수까지 높았지만, 현대 연구에 따르면 로렌츠 불변성을 고려할 때 불일치 정도는 [11]60 차수에 가깝다고 한다.

계산된 진공 에너지는 음이 아닌 양이며, 기존의 진공이 음의 양자 기계 압력을 가지고 있기 때문에 우주 상수에 기여하는 반면, 일반 상대성 이론에서는 음의 압력의 중력 효과는 일종의 반발이다. (여기서 압력은 양자 기계 운동량의 플럭스로 정의된다.)ss 표면).대략적으로 진공 에너지는 알려진 모든 양자역학장을 합산하고, 지면 상태 사이의 상호작용과 자기 상호작용을 고려한 다음, 기존의 이론이 분해되어 컷오프 스케일 주위에 적용되지 않을 수 있음을 반영하기 위해 최소 "컷오프" 파장 이하의 모든 상호작용을 제거함으로써 계산된다.에너지는 현재의 진공 상태 내에서 장이 어떻게 상호작용하는가에 따라 달라지기 때문에, 초기 우주에서는 진공 에너지의 기여가 달랐을 것입니다. 예를 들어, 쿼크 [11]시대 동안 전기 약 대칭이 깨지기 전에는 진공 에너지가 상당히 달랐을 것입니다.

재규격화

양자장 이론의 진공 에너지는 재규격화에 의해 어떤 값으로도 설정될 수 있다.이 견해는 우주 상수를 [12]이론으로 예측되거나 설명되지 않은 또 다른 기본적인 물리 상수로 취급한다.이러한 정규화 상수는 이론과 관측 사이에 많은 수의 차이가 있기 때문에 매우 정확하게 선택되어야 하며, 많은 이론가들은 이 임시 상수를 [1]문제를 무시하는 것과 같다고 생각한다.

추정치

제안 솔루션

어떤 물리학자들은 인간적인 해결책을 제안하고 우리는 진공 에너지가 다른 다른 지역을 가진 광대한 다중우주의 한 지역에 살고 있다고 주장한다.이러한 인위적인 주장은 우리가 살고 있는 곳과 같은 작은 진공 에너지의 지역만이 지적 생명체를 지탱할 수 있다는 것을 전제로 한다.그러한 주장은 적어도 1981년부터 어떤 형태로든 존재해 왔다.1987년경, Steven Weinberg는 1987년 이용 가능한 관측 데이터를 고려하더라도 중력 결합 구조물이 형성될 수 있는 최대 허용 진공 에너지가 문제적으로 크다고 추정했고, 인위적인 설명이 실패한 것으로 결론지었다. 그러나 다른 고려사항에 기초한 Weinberg와 다른 사람들에 의한 보다 최근의 추정은 다음과 같다.그리고 실제로 [13][14]관측된 암흑 에너지의 수준에 더 가까워야 한다.인류학적 주장은 암흑 에너지의 발견과 이론적인 끈 이론의 발전 이후 많은 물리학자들 사이에서 점차 신뢰를 얻었지만, 과학계의 상당한 회의적인 부분에서는 여전히 검증에 문제가 있다고 비웃는다.인류 해법의 지지자들은 다양한 암흑 에너지 [13][15]상수를 가진 우주의 지역 비율을 계산하는 방법을 둘러싼 여러 가지 기술적 문제에 대해 의견이 분분하다.

다른 제안들은 일반 상대성 이론에서 벗어나도록 중력을 수정하는 것을 포함한다.이러한 제안은 지금까지의 관찰과 실험의 결과가 일반 상대성 이론 및 δCDM 모델과 매우 일치하고 지금까지 제안된 수정사항과 일관되지 않는 경향이 있다는 장애물에 직면한다.게다가, 몇몇 제안들은 거의 불완전하다. 왜냐하면 그들은 실제 우주 상수가 아주 작은 수가 아니라 정확히 0이라고 제안함으로써 "새로운" 우주 상수 문제를 해결하지만, 왜 양자 변동이 상당한 진공 에너지를 만들어내지 못하는 것처럼 보이는지에 대한 "오래된" 우주 상수 문제를 해결하는데 실패하기 때문이다.애초에.그럼에도 불구하고, 많은 물리학자들은 부분적으로 더 나은 대안이 없기 때문에, 중력을 수정하는 제안은 "우주 상수 [15]문제를 해결하기 위한 가장 유망한 방법 중 하나"로 여겨져야 한다고 주장한다.

빌 언루와 공동 연구진은 양자 진공의 에너지 밀도를 변동 양자장으로 더 정확하게 모델링하면 우주 상수 문제가 [16]발생하지 않는다고 주장했다.조지 F. R. 엘리스와 다른 사람들은 단일 중력에 있어서 골치 아픈 기여는 단순히 중력에 [17][18]끌리지 않는다고 제안했습니다.

Stanley Brodsky와 Robert Shrock에 의한 또 다른 주장은 라이트 프론트 양자화에서 양자장 이론의 진공은 본질적으로 사소한 것이 된다는 것입니다.진공 기대치가 없으면 QED, 약한 상호작용 및 QCD가 우주 상수에 기여하지 않습니다.따라서 평탄한 [19][20]시공간에서는 0이 될 것으로 예측됩니다.

2018년에는 물질이 소멸하지 않는 압력을 나타내는 라그랑지안 형식주의에서 대칭 파괴 전위를 이용하여 δ를 소거하는 메커니즘이 제안되었다.이 모형은 표준 물질이 우주 상수로 인한 작용을 상쇄하는 압력을 제공한다고 가정합니다.루옹고와 무치노는 이 메커니즘이 양자장 이론의 예측대로 진공 에너지를 취할 수 있지만, 바리온과 차가운 암흑 물질에 의해서만 [21]평형 조건을 통해 거대한 규모를 제거할 수 있다는 것을 보여주었다.

1999년에는 Andrew Cohen, David B. Kaplan과 Ann Nelson은 효과적인 양자장 이론에서 UV와 IR 차단 사이의 상관관계가 이론적인 우주론적 상수를 [22]CKN 결합으로 인해 측정된 우주론적 상수로 낮추기에 충분하다고 제안했다.2021년 니키타 블리노프와 패트릭 드레이퍼는 홀로그래픽 원리를 통해 CKN 바운드(bound)가 측정된 우주 상수를 예측한다는 것을 확인하면서 덜 극단적인 조건에서 [23]유효 자기장 이론의 예측을 유지했다.

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레퍼런스

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