Vivons-nous dans un faux vide? Y a-t-il un moyen de le savoir?

Gordon

Vivons-nous dans un faux vide? Y a-t-il un moyen de le savoir?


Je pensais à l’article de 1980 de Sidney Coleman et Frank de Luccia – « Gravitationnelle effets de et sur la désintégration du vide » – sur les états de vide métastables qui pourraient passer à un « vrai vide » d’énergie inférieure avec des résultats catastrophiques. Je soupçonne que la réponse est que si notre vide est faux, nous ne « verrons » pas le vrai avant qu’il ne nous frappe.

http://prd.aps.org/abstract/PRD/v21/i12/p3305_1

Andrew Grimm

Veuillez ne pas poster de réponses décrivant comment créer le véritable vide!

Réponses


 Lawrence B. Crowell

L’inflation est un étirement rapide qui se traduit par une douceur et une uniformité cosmiques à grande échelle; en tant que telle, l’inflation est un élément clé de presque tous les scénarios cosmologiques fondamentaux. Non seulement l’inflation explique l’uniformité globale de l’univers, mais les fluctuations quantiques pendant l’inflation plantent les graines qui se développent en galaxies et amas de galaxies qui existent aujourd’hui.

Le potentiel du potentiel inflationniste au début de l’univers est une forme de Sitter. Les équations FLRW sont

( un ˙ une ) 2   =   8 π G Λ 3     k une 2 ,

( une ˙ une ) 2 = 8 π g Λ 3 k une 2 ,

où nous supposons

k = 0

pour l’espace généralement plat que nous semblons observer. L’univers inflationniste précoce a été entraîné par un champ scalaire qui a généré cette énergie de vide où

V ( ϕ ) = une × ϕ

,

une

une constante. Cela a établi la première constante cosmologique pour l’expansion de Sitter avec une énergie de vide d’environ 13 ordres de grandeur inférieure à l’énergie de Planck. L’univers avait une densité d’énergie de vide plus élevée que la densité de champ quark-gluon dans un hadron.

Le lagrangien d’un champ scalaire est

L = ( 1 / 2 ) une ϕ une ϕ V ( ϕ )

et dans QFT nous travaillons avec la densité lagrangienne

L = L / v o l

donc l’action

S = 3 X t L ( ϕ , ϕ )

. Nous exécutons cela dans l’équation d’Euler-Lagrange

une ( L / ( une ϕ ) ) L / ϕ = 0

et gardez à l’esprit

v o l X 3

. Cela donne une équation dynamique

2 ϕ     ( 3 / v o l 4/3 ) une ϕ     V ( ϕ ) ϕ   =   0.

2 ϕ ( 3 / v o l 4 / 3 ) une ϕ V ( ϕ ) ϕ = 0.

Si nous supposons que le champ d’inflaton est plus ou moins constant sur l’espace pendant un temps donné sur la trame de Hubble, ce DE peut être simplifié en

ϕ ¨     ( 3 / v o l 4/3 ) ϕ ˙     V ( ϕ ) ϕ   =   0

ϕ ¨ ( 3 / v o l 4 / 3 ) ϕ ˙ V ( ϕ ) ϕ = 0

Ce moyen terme est intéressant car c’est une sorte de friction. Il indique que le champ d’inflaton, la chose qui entraîne l’expansion inflationniste, diminue ou se diffuse dans l’espace. La fonction potentielle ici est compliquée et n’est pas entièrement connue, mais elle est approximativement constante, ou une petite diminution avec la valeur de

ϕ

. Ce qui se passe alors, ce qui n’est pas entièrement compris, c’est que le champ subit une transition de phase, le potentiel devient

V ( ϕ ) ϕ 2

avec un minimum d’environ 110 ordres de grandeur inférieur à ce qu’il était dans la phase ininterrompue. La transition de phase a une chaleur latente de fusion qui est libérée et c’est le réchauffage. Si le vide est un faux vide, le

V ( ϕ ) ϕ 4

Cela signifie que l’expansion accélérée de l’univers doit être entraînée par l’un ou l’autre de ces champs et par la force a qui entraîne le champ:

F   =   V ϕ

F = V ϕ

qui est plus grand pour le potentiel raide, ou la quartique. Pendant cette période, une fluctuation quantique dans le domaine est généralement

δ ϕ = ± V ( ϕ )

. Pour la période d’inflation, la variation du champ due à la force est

δ ϕ F = F / V

s je m ϕ 1

et la fluctuation quantique dans le champ scalaire

δ ϕ q = ± c o n s t ϕ

Les fluctuations quantiques peuvent devenir plus importantes que la variation classique du champ lorsque

δ ϕ F   =   δ ϕ q     ϕ     une 1/3

δ ϕ F = δ ϕ q ϕ une 1 / 3

Pour le potentiel de réchauffage

V ( ϕ ) = b ϕ n

,

n = 2 , 4

la condition de fluctuation égale à la variation de champ classique est

ϕ     ( n 2 / a ) 1 / ( n + 2

ϕ ( n 2 / une ) 1 / ( n + 2

Pour

n = 4

le champ peut varier beaucoup moins pour la fluctuation quantique pour égaler la variation classique. Si cela se produit pour

n = 4

nous nous attendrions à ce que l’univers se perche dans un vide d’énergie plus faible.

entrez la description de l'image ici

Nous passons maintenant à certaines données HV Peiris et R. Easther, JCAP 0807, 024 (2008) arXiv: 0805.2154 astro-ph. Cette figure illustre des limites conjointes de 68% (interne) et 95% (externe) sur deux variables qui caractérisent les perturbations primordiales, dérivées d’une combinaison des données WMAP et SuperNova Legacy Survey. Les prédictions de nos deux modèles inflationnistes se superposent. Les chiffres se réfèrent au logarithme de la taille de l’univers pendant l’ère inflationniste. Des perturbations cosmologiques sont générées lorsque cette quantité est d’environ

60

, donc

ϕ 4

l’inflation n’est pas cohérente avec les données.

Nous sommes donc probablement hors de la zone de danger pour avoir l’une des transitions de vide de Coleman-Luccia qui détruit tout.

Gordon

Je dois dire que ça a l’air bien, Lawrence +1

Matt Reece

Vous faites ici une hypothèse terriblement restrictive. Il existe de nombreuses façons de vivre dans un faux vide; pourquoi pensez-vous que cela serait lié au potentiel d’un modèle d’inflaton à champ unique?

Lawrence B. Crowell

Matt, bien sûr, ce n’est pas définitif. Pourtant, un modèle simple est le plus souvent le meilleur pour commencer. Le faux potentiel de vide est marqué par un


 Kostya

Permettez-moi de le simplifier à ce niveau: vous avez une balle qui se déplace en 1D. Et vous observez que la balle est dans un équilibre stable.

Ensuite, vous supposez que son potentiel a la forme d’un polynôme de 4e degré en x, avec

X = 0

à la position du ballon:

V ( X ) = UNE X 4 + B X 3 + C X 2

(Pas de constante additive et pas de terme linéaire car nous sommes à l’équilibre.)

Vous pouvez trouver les coefficients de ce polynôme en testant de petites oscillations autour de l’équilibre. Pour cela, vous devez trouver la dépendance de la fréquence des oscillations sur l’amplitude. Et supposons que vous ayez trouvé les valeurs suivantes:

UNE = 1 , B = 16 / 3 , C = 6

En étudiant cette fonction, vous vous rendez compte qu’elle a un autre minimum, qui est inférieur à l’actuel. Vous êtes donc dans un « faux vide » et vous vous en êtes rendu compte sans y déplacer votre système.

Maintenant, bien sûr, cette conclusion est basée sur l’hypothèse que le potentiel a cette forme polynomiale particulière et que tout votre modèle fonctionne. Mais, à mon avis, c’est le seul contexte, celui que la question a du sens.

On peut toujours inventer un modèle où un véritable vide est créé à une énergie particulière ou même à un processus particulier. Et pour vérifier cela, nous devons accéder à l’énergie, soit tout détruire, soit réfuter la théorie. Personnellement, je ne pense pas que ce soit une bonne théorie scientifique. Mais si vous vous permettez cette « liberté modèle », alors la réponse à votre question est: « oui la seule façon de vérifier si nous sommes dans le faux vide est de créer le vrai ».

dmckee ♦

Donc, la prochaine étape consiste à comprendre comment pousser la balle (c’est-à-dire le vide quantique) autour et observer sa réponse en détail …

Ted Bunn

Mais cela n’a fonctionné que parce que vous saviez que le potentiel était quartique. En réalité, si vous effectuez des mesures uniquement au voisinage de l’équilibre, vous pouvez mesurer les premiers termes d’une expansion de Taylor du potentiel, mais vous n’avez aucune raison de vous attendre à ce que ces premiers termes soient une bonne approximation sur une échelle suffisamment grande. gamme de

dmckee ♦

@Ted: Avec la version boule de l’expérience, il est possible d’évaluer votre sensibilité aux différents termes de l’expansion, à partir de laquelle vous pouvez mettre des limites sur la taille des termes, et à partir de cela, vous pouvez évaluer dans quelle mesure « votre potentiel proposé » Est bon pour. Obtenez suffisamment de sensibilité (ce qui peut ne pas être facile) et vous pouvez vous sentir raisonnablement confiant quant à l’existence de l’autre minimum. Bien sûr, il n’est pas clair que vous pouvez le faire avec le vide.

Ted Bunn

@ dmckee– Je ne suis absolument pas convaincu. Les mesures d’une fonction proche de son minimum ne vous diront pas qu’elle a un autre minimum en dehors de la plage où vous avez mesuré. Vous pouvez extrapoler la fonction au-delà de la plage que vous avez mesurée de manière infiniment différente, tout en adaptant vos mesures locales aussi bien que vous le souhaitez.

Ted Bunn

La seule façon dont une méthode comme celle-ci a de l’espoir de fonctionner est si vous savez déjà que la forme fonctionnelle du potentiel est dans une plage très étroite (par exemple, une quartique). Sans cette connaissance a priori , la mesure, aussi précise soit-elle, du premier

 

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