膨張宇宙を表すミクロな模型の発見~3次元ドジッター宇宙のホログラフィー原理~

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2022-07-22 京都大学

瀧祐介 基礎物理学研究所博士課程学生、疋田泰章 同特定准教授、西岡辰磨 同特定准教授(現:大阪大学教授)、高柳匡 同教授の研究グループは、3次元ドジッター宇宙に対するホログラフィー原理の具体例の構成に成功し、膨張する宇宙を表すミクロな模型を発見しました。宇宙がどのように無から生まれたのか?という宇宙創成のメカニズムを解明するには、ミクロな重力理論、すなわち量子重力理論の理解が不可欠です。これは現在でも未解明の難問ですが、ホログラフィー原理は重力理論を物質の理論に帰着させる原理として知られ、この難問解決の鍵と期待されています。しかし、従来のホログラフィー原理は宇宙定数が負の宇宙を対象としており、現実の膨張宇宙に相当する宇宙定数が正のドジッター宇宙を扱うことは困難です。本研究では、共形場理論と呼ばれる量子的な物質の一種に対して、新しい極限をとることで、3次元ドジッター宇宙の重力と理論として同一になる2次元共形場理論を見出しました。本成果は、宇宙創成の解明という難問の突破口になると期待されます。

本研究成果は、2022 年7月18 日に、国際学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載されました。また、特に重要な成果として「Editors’ Suggestion」に選ばれ、オンライン雑誌「Physics」のViewpointにも取り上げられました。


ドジッター宇宙のホログラフィーの概念図:指数関数的に膨張する宇宙であるドジッター宇宙は、ホログラフィー原理の考え方を用いると、無限の未来に存在する物質の理論とみなすことができる。例えば、その物質の二点間の相関は、赤い線として図示されているドジッター宇宙内の曲線の長さから計算される。

研究者のコメント

「反ドジッター宇宙を超えてドジッター宇宙へホログラフィー原理を拡張することの重要性は、世界中で認知されてきましたが、時空構造が全く異なるために大きな困難がありました。私達も10年以上この問題に取り組み、ようやく今になってドジッター宇宙におけるホログラフィー原理の具体例を発見することができました。これを突破口として、宇宙創成を説明する量子重力理論の解明に迫っていきたいと思います。」(高柳匡)

詳しい研究内容≫

研究者情報
研究者名:疋田 泰章
研究者名:髙柳 匡

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