Lectures on Naturalness, String Landscape and Multiverse
Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University(海德堡大学理论物理研究所)
讲义探讨弦景观与自然性问题,为研究生提供技术性介绍,涵盖弦理论基础及与层级问题的关系,适合深入学习弦理论的学生作为补充阅读。
2026-05-07 hep-ph hep-th
Measures for a Transdimensional Multiverse
从永恒暴胀和弦论中产生的多元宇宙/景观范式描述了一个由“口袋宇宙”组成的大规模多元宇宙,这些宇宙有各种各样的不同类型,包括不同的维度。为了在多元宇宙中做出预测,我们需要一个概率测度。在$(3+1)d$景观,比例因子截止措施已被证明有一些有吸引力的属性。在这里,我们考虑这种措施可能的推广到一个transdimensional多元宇宙。我们发现,一个简单的扩展的比例因子截止到transdimensional的情况下,给出了一个措施,强烈反对大量的慢卷通货膨胀和预测的密度参数$Ω$的低值,在冲突的观察。一个合适的推广,它保留了所有的良好性质的原始措施,是“体积因子”截止,它正则化的无限时空体积使用截止面的体积膨胀因子恒定。
2010-05-25 gr-qc hep-th
Drake Equation for the Multiverse: From the String Landscape to Complex Life
有人认为,宇宙学中广泛采用的智能(典型)观察者存在的选择标准通常被称为“人择条件”,只是原始生命的先决条件。生命的存在并不意味着智慧生命的存在。相反,从单细胞到复杂的多细胞生物体的转变远非微不足道,需要行星平台上严格的额外条件。试图解开必要的步骤,导致从一个假设的多元宇宙的宇宙选择的生命和复杂的生命的存在。有人建议,目前所谓的“人择原理”应改为“前生物原理”。"
2010-02-08 astro-ph.CO hep-th physics.pop-ph
Predictions of the Quantum Landscape Multiverse
2015年普朗克数据发布对允许的非线性模型的类别进行了严格的限制。当前最佳拟合区域倾向于在静止势中向下凹,因为它们产生抑制的张量与标量指数比r。向下凹陷的势有一个负曲率V”<0,因此一个快子质量平方驱动波动。此外,如果场在远离极值的一部分势中滚动,它们的使用可能会成为问题,因为量子宇宙学的半经典近似用于从景观导出宇宙的最可几波函数,并解决量子到经典的过渡,从最陡的下降区域开始崩溃。在这里,我们提出了一种方法来处理这样的潜力,通过反转的度量签名和解决的波函数的宇宙在欧几里德部门。这种方法使我们能够将我们的宇宙起源理论从量子多重宇宙扩展到更一般的凹暴胀势,在这种情况下,直接应用半经典近似是失败的。这里的工作完成了对牛顿势和暴胀势的修正的推导,这些修正源于我们的宇宙与量子景观多元宇宙中所有其他宇宙的量子纠缠,从而导致对两种类型的非线性模型(凹势和凸势)的观测签名的预测。
2016-12-21 hep-th
Testing Predictions of the Quantum Landscape Multiverse 2: The Exponential Inflationary Potential
2015年普朗克数据的发布收紧了允许通货膨胀模型的区域。具有凸势的暴胀模型现在已经被排除了,因为它们产生了一个大的张量标量比。同时,同样的数据提供了有趣的暗示,可能偏离CMB扰动的标准图像。在这里,我们重新审视宇宙起源理论从景观多元宇宙的指数膨胀的情况下的预测,有两个原因:第一,检查与这个理论相关的异常的状态,在最近的普朗克数据的光;第二,寻找一个反例,新的物理修改可能会带来凸暴胀势,被认为已经被排除,回到数据允许的电位区域。使用指数膨胀作为凸势的一个例子,我们发现,这两个测试的答案是肯定的:修改的扰动谱和牛顿势的宇宙起源于量子纠缠,带来指数势,回到当前数据的允许范围内,并且,一系列的异常先前在这个理论中预测的,仍然是在很好的协议与当前的数据。因此,我们对这种凸势的发现是以允许早期宇宙中额外的热遗迹粒子(相当于暗辐射)为代价的。
2016-12-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
How many universes are in the multiverse?
我们认为,由永恒暴胀产生的可区分的局部弗里德曼宇宙的总数与暴胀扰动熵的指数成正比,并受到e^{e^{3 N}}的限制,其中N是慢卷后永恒暴胀的e倍数。对于最简单的混沌暴胀模型,N近似等于永恒暴胀结束时的德西特熵;它可以是指数级的大。然而,并非所有这些宇宙都能被局部观测者观测到。在存在宇宙学常数Λ的情况下,可区分的宇宙的数量由e^{|Λ| ^{-3/4}}。在弦论景观的背景下,不同宇宙的总数预计将以指数方式大于景观中真空的总数。我们讨论的可能性,最强的约束可区分的宇宙的数量可能与多重宇宙的属性无关,但观察者的属性。
2010-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The grainy multiverse
我考虑一个包含三个真空的景观,并研究永恒膨胀中全球类空切片的拓扑结构。一个离散的玩具模型,推广了研究得很好的Mandelbrot模型,揭示了丰富的相结构。新的阶段包括单色管状阶段,其中包含交叉曲线的只有一个真空,和民主的管状阶段,其中包含交叉曲线的所有三种类型的真空。我讨论了由许多真空组成的现实景观的推广。一般而言,系统最终处于颗粒状相,其不包含交叉曲线或表面,并且由不同真空的填充区域组成。其他的拓扑相出现在几代成核的尺度上。
2011-02-04 hep-th
Probabilities in the landscape
我回顾最近的进展,在定义概率分布的通货膨胀的多重宇宙。
2006-03-15 hep-th
Birth of the Universe from the Multiverse
公平地说,我们对自然的理解中最深的奥秘是我们宇宙的诞生。在过去的几十年里,大部分的困境来自于宇宙从高能大爆炸开始的概率非常小,与任何其他事件成核的概率相比。为什么大爆炸宇宙学的可能性要比现在的冷宇宙核化的可能性小$10^{10^{123}}$倍,同时又积累了与天体物理学数据如此精确的一致性呢?为什么我们没有看到其他的成核,如果让机会,似乎压倒性地超过我们?在这里,我讨论的观点,初始条件的选择可以有意义地解决,只有在多重宇宙的框架内,大爆炸膨胀的原因是首选的其他事件在于量子动力学的景观的初始补丁。平衡动力学选择了“幸存者”宇宙诞生在高能量和“终端”宇宙在低能量。我简要回顾了这个理论的可检验的预测,特别是在2007年观察到的巨大空洞。第二部分着重于扩展的框架,特别是定义多元宇宙所需的一套假设。
2008-09-22 astro-ph gr-qc hep-ph
Probabilities in the inflationary multiverse
暴胀宇宙学导致了一个“多元宇宙”的图景,涉及无限数量(空间无限)的后暴胀热化区域,称为口袋宇宙。在有许多真空的理论背景下,例如弦论的景观,自然界的有效常数在暴胀期间被量子过程随机化。我们讨论了每个口袋宇宙中的常数的体积分布的解析估计。这是基于这样的猜想,即场分布在扩散区近似遍历,此时场的动力学由量子涨落(而不是经典漂移)主导。然后,我们提出了一种方法来确定不同类型的口袋宇宙的相对丰度。这两种成分结合成一个表达式的常数分布在口袋宇宙的所有类型。
2005-11-27 astro-ph gr-qc hep-th
The Self-Organized Critical Multiverse
最近提出了一种基于搜索优化的真空动态选择机制,在假真空永恒膨胀的背景下的景观。的搜索算法,定义的本地真空转换,是最佳的动态调整在临界状态的景观区域,与德西特真空有一个平均寿命的顺序,他们的页面时间。本文的目的是阐明在页面寿命的动态相变的性质。我们专注于景观的一个有限区域,它与景观的其他部分交换体积,并作为一个开放的系统。通过变量变换,将de Sitter真空的共动体积主方程映射为耦合过阻尼随机振子的随机方程--著名的Ornstein-Uhlenbeck过程.景观的其余部分,作为一个环境,被假定为导致一个非零的驱动项的所有网站在该地区与不相关的,白噪声波动(虽然不一定是高斯)。我们首先表明,静态磁化率的振荡器发散的平均寿命的德西特真空接近佩奇时间。因此,景观的最佳区域最容易受到来自其景观的体积流入。然后,我们表明,振荡器的位移波动表现出$1/f$功率谱在很宽的频率范围内,正是在临界页寿命分布。$1/f$功率谱是临界状态下非平衡系统的标志。与阿贝尔沙堆中的沙崩或大脑中的神经元雪崩类似,处于临界状态的德西特真空可以被认为正在经历标度不变的体积波动雪崩。
2021-05-07 hep-th
Observing the Multiverse with Cosmic Wakes
目前的宇宙起源理论,包括弦论,都预言存在一个包含许多泡沫宇宙的多元宇宙。这些气泡宇宙通常会发生碰撞,与我们的碰撞产生宇宙尾流,进入我们的哈勃体积,在宇宙微波背景(CMB)中表现为异常对称的圆盘,并干扰大尺度结构(LSS)。有初步的观测证据与我们天空中的一个或多个这些扰动相一致。然而,其他来源可以在CMB温度图中产生类似的特征,因此需要额外的信号来验证它们的超普遍起源。在这里,我们发现,第一次,详细的三维形状和CMB温度和偏振信号的宇宙尾流的气泡碰撞在早期宇宙与目前的观测一致。预测的偏振模式具有独特的功能,当与相应的温度模式是一个独特的和引人注目的气泡碰撞信号。这些特征代表了多重宇宙范式的第一个可验证的预测,并且可能被普朗克和未来的CMB极化任务等当前实验检测到。探测到气泡碰撞将证实多元宇宙的存在,为弦论提供令人信服的证据,并使我们对宇宙及其起源的认识更加清晰。
2011-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Computational complexity of the landscape II - Cosmological considerations
我们提出了一种新的方法,基于计算复杂性的多重宇宙分析,这导致了一个新的家庭的“计算”措施的因素。通过将宇宙学定义为包含具有特定性质的真空的时空(例如小的宇宙学常数)加上时间演化如何产生真空的规则,我们可以将多元宇宙中的全球时间与模拟它的超级计算机上的时钟时间联系起来。我们认为,这台超级计算机模拟的早期宇宙动力学的“有限计算复杂性”原则,这转化为一个全球性的措施,用于调节永恒的通货膨胀。时间演化的规则可以被看作是一种搜索算法,其细节应该受到更强的“最小计算复杂性”原则的约束。“与以前研究的全球措施不同,我们避免了标准的平衡考虑和玻尔兹曼大脑和愚蠢悖论的著名问题。我们还给出了宇宙学的计算复杂性的各种定义,并认为只有少数几个自然的复杂性类。(v2:提交出版的版本:澄清了第5.3节;添加了参考文献)(v3:添加了对勉强适宜的真空的讨论。版本出现在物理学年鉴)
2018-03-16 gr-qc hep-th
The distribution of Omega_k from the scale-factor cutoff measure
我们的宇宙可能包含在一个不断膨胀的多元宇宙中的一个分散的泡沫中。一个有希望的措施来调节这样一个多元宇宙的发散时空体积是标度因子截止,其中一个特点是泡沫没有奖励有一个较长的持续时间的慢卷膨胀。因此,根据像我们这样的气泡中暴胀的e折叠数的景观分布,我们可能希望测量时空曲率。我们研究了最近提出的一个景观中的通货膨胀卡通模型,并发现我们宇宙中的曲率远高于宇宙方差预期值的合理机会(约10%)。人择选择并不强烈地选择像观测到的那样小的曲率(相对较大的值),这意味着曲率的观测界限可以用来排除通常给出太少通货膨胀的景观模型。
2009-12-18 astro-ph.CO hep-th
The scale of gravity and the cosmological constant within a landscape
在一个包容的多元宇宙中,引力的尺度,由普朗克质量参数化,可能在不同的宇宙中获得不同的值。我们调查的范围内,普朗克质量可以扫描,同时仍然满足人择约束。普朗克质量的人类学允许值的窗口可能对景观预测有重要影响。例如,如果观测到普朗克质量某个值的可能性被包含该值的宇宙的暴胀膨胀因子加权,那么在我们的宇宙中观测到普朗克质量的值似乎是极不可能的。这是最近文献中讨论的失控通货膨胀问题的另一个例子。我们还表明,普朗克质量的窗口显着削弱了人择约束的宇宙学常数时,都允许在景观变化。
2007-07-21 astro-ph hep-ph hep-th
Why Comparable? A Multiverse Explanation of the Dark Matter-Baryon Coincidence
暗物质和重子物质的密度是相当的:δ = ρ_D / ρ_B ~ O(1)。这是令人惊讶的,因为它们是由低能物理参数的不同组合控制的。在这里,我们考虑的概率分布在景观中。我们认为,为什么可比的问题可以解决没有详细的人择假设,独立的暗物质的性质。如果因果补丁被用来调节无穷大,那么暗物质的过量产生会抑制类似1/(1+ 1)的概率。这种抑制可以抵消倾向于大k的先验分布,选择k ~ O(1)。这种效应不仅解释了为什么会有可比性的巧合,而且还使原本不可信的暗物质模型变得可行。对于轴子暗物质的特殊情况,威尔切克和弗赖沃格尔已经注意到,1/(1+ λ)的抑制可以防止大统一体尺度的QCD轴子的过度产生。如果暗物质是LSP,这种效应可以解释简单超对称模型中弱标度的适度微调。
2013-08-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Cosmological Constant Problem, Dark Energy, and the Landscape of String Theory
在这个讨论会级别的帐户,我描述的宇宙学常数的问题:为什么是空的空间的能量至少60个数量级小于几个已知的贡献,从粒子物理学的标准模型?我解释了为什么负责宇宙加速膨胀的“暗能量“几乎肯定是真空能量。本文的后半部分探讨了一个更具投机性的主题。弦论的真空景观导致了一个多元宇宙,其中许多不同的三维真空共存,尽管在广泛分离的区域。这既可以解释观测到的真空能量的微小性,也可以解释它的大小与现在的物质密度相当的巧合。
2012-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Arrow Of Time In The Landscape
我们认为,了解时间之箭是迫切需要的,如果最近弦理论的宇宙学的想法是功能。在弦景观中,婴儿宇宙的成核被假设为“填充”多元宇宙。在这里,我们认为,婴儿宇宙只有在\emph{inherit}是一个的情况下才能有一个箭头;解释箭头的问题因此被简化为在原始宇宙的情况下解释它。受弦论中“从无到有”的大古里-瓦法-韦林德公式的启发,我们提出原始宇宙是沿着一个具有环面拓扑结构的类空表面产生的。利用全局微分几何中的深入结果,我们能够证明这个曲面的几何必须是非通用的。这种几何上的“特殊性”通过暴胀子传递给物质。这样,我们就有了一个本质上是几何的箭理论,它包含了暴胀,它允许地景中的宇宙以物理上可接受的初始条件开始。
2007-12-28 gr-qc hep-th
Blueprints of the No-Scale Multiverse at the LHC
我们提出了一个当代的弦景观和多元宇宙的似是而非的字符串,M-和F-理论真空。与传统的统计分类和屈服于人择原理相反,我们只试图证明存在一个非零概率的宇宙,与我们在解系综中观测到的物理相匹配。我们认为,无尺度超引力的重要性,作为一个基本的共同基础自发出现的宇宙学平坦的宇宙从量子“虚无”。具体地说,我们将继续探讨一个特定的模型,这是在大型强子对撞机和Tevatron测试的现象。被称为无标度F-SU(5),它代表了翻转SU(5)大统一理论(GUT)与F理论导出的额外TeV标度矢量多重态的交叉,以及无标度超引力的动力学,这反过来意味着一组非常有限的高能边界条件。通过第二次最小化标量希格斯势的最小值,我们动态地确定了上型希格斯真空期望值(VEV)与下型希格斯真空期望值(VEV)的比例tan β \simeq 15-20,普适的高根诺边界质量M_{1/2} \simeq 450 GeV,从而也确定了大统一体尺度希格斯VEV的总大小,同时限制了低能标准模型规范耦合。特别是,这个局部极小值位于之前描述的“黄金带”内,满足当前所有实验约束。然而,我们强调,首要目标不是确定为什么我们自己的特定宇宙具有任何数量的特定特征,而是梳理出哪些一般原则可能支配所有可能的宇宙的超集。
2012-01-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
An Alternative String Landscape Cosmology: Eliminating Bizarreness
在已经成为标准的永恒暴胀的弦图景中,存在着许多有问题的结果,也很难定义每种宇宙出现的概率。一个特别令人不安的特征是,每个个体和每个文明都在多元宇宙的无限数量的分离区域中无限克隆。即使由于因果分离而不排除这一点,人们也应该问,无限克隆是否是弦景观模型的普遍预测,或者是否存在可以避免它的场景。如果一个可行的替代宇宙学可以构建一个可能搜索的预测,可能允许一个模型之间的实验区分。我们提出了一个这样的方案,虽然这样做,我们被迫放弃几个流行的假设,包括没有一个首选的框架和宇宙中的物质的同质性。该模型还有几个辅助优势。我们还考虑了当前宇宙在成为光捕获区域之前的未来寿命。
2012-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th