負の宇宙定数を持つ最大対称ローレンツ多様体
3次元反ド・ジッター空間は 双曲面円盤 の積み重ねのようなもので、各円盤は特定の時点における宇宙の状態を表します。 [a]
数学 と 物理学 において 、 n 次元 反ド・ジッター空間 (AdS n )は、 一定の負の スカラー曲率を持つ 最大対称 ローレンツ多様体 である。反ド・ジッター空間と ド・ジッター空間は、 ライデン大学の天文学教授で ライデン天文台 の所長であった ウィレム・ド・ジッター (1872年 - 1934年) にちなんで名付けられた 。ウィレム・ド・ジッターと アルバート・アインシュタインは 1920年代に ライデン で宇宙の 時空 構造について緊密に協力した。 ポール・ディラックは 1963年に反ド・ジッター空間を厳密に研究した最初の人物である。 [1] [2] [3] [4]
一定曲率 の 多様体は 、2 次元の場合に最もよく知られており、 楕円平面 または球面は 一定 の正の曲率の表面であり、平面 (つまり ユークリッド ) は一定のゼロ曲率の表面であり、 双曲面は 一定の負の曲率の表面です。
アインシュタインの 一般相対性理論では、 空間と時間を同等の立場に置いているため、空間と時間を別々に考えるのではなく、統一された時空の幾何学を考慮することになります。曲率が一定の時空のケースは、ド・ジッター空間 (正)、 ミンコフスキー空間 (ゼロ)、反ド・ジッター空間 (負) です。したがって、これらはそれぞれ 正、ゼロ、負の 宇宙定数を持つ 空の宇宙 に対する アインシュタイン場の方程式 の 正確な解 です。
反ド・ジッター空間は、任意の数の空間次元に一般化されます。高次元では、反ド・ジッター空間は AdS/CFT 対応 での役割で最もよく知られています。これは、弦理論を使用して、特定の数 (たとえば 4) の量子力学の力 ( 電磁気 、 弱い力 、 強い力 など) を、反ド・ジッター空間に弦が存在する 弦理論 で記述し、さらに 1 つの (非コンパクトな) 次元を追加できることを示しています。
非技術的な説明
技術用語の翻訳
最大対称なローレンツ多様体は、空間と時間のどの点も他の点と区別できない時空であり、(ローレンツ多様体であるため)方向(または時空点における経路の接線)を区別できる唯一の方法は、それが 空間的 、 光的 、または 時間的で あるかどうかです。特殊相対性理論の空間( ミンコフスキー空間 )がその一例です。
一定 のスカラー曲率 とは、物質やエネルギーが存在しない場合に時空のどこでも同じ単一の数値で記述される曲率を持つ、一般相対性理論の重力のような時空の曲がりを意味します。
負の曲率は、 鞍型の表面 や トランペットの ベルに似た ガブリエルの角 の表面のように、双曲的に曲がっていることを意味します。
一般相対性理論における時空
一般相対性理論は、時間、空間、重力の性質に関する理論であり、重力は物質またはエネルギーの存在によって生じる空間と時間の曲率です。 エネルギーと質量は等価です (式 E = mc 2 で表されます)。空間と時間の値は、値を光速で乗算または除算することで、それぞれ時間と空間の単位に関連付けることができます (例: 秒数とメートル/秒数を掛けるとメートルになります)。
よくある例え話としては、重い物体を乗せると平らなゴム板が凹み、近くを転がる小さな物体の進路に影響を及ぼし、重い物体がなかったらたどっていたはずの進路から内側に逸れてしまうというものがあります。もちろん、一般相対性理論では、小さな物体も大きな物体も時空の曲率に相互に影響を及ぼします。
物質によって生み出される重力の引力は、時空の負の曲率によるもので、ゴムシートの例えでは、シートの負に曲がった(トランペットのベルのような)くぼみで表されます。
一般相対性理論の重要な特徴は、重力を電磁力のような従来の力としてではなく、物質やエネルギーの存在から生じる時空の幾何学的変化として記述することです。
上記の例えは、一般相対性理論における重力によって引き起こされる 2 次元空間の曲率を、3 次元超空間で表したもので、3 次元目は重力の影響に対応します。一般相対性理論に関する幾何学的な考え方では、現実世界の 4 次元空間を 5 次元超空間に投影し、5 次元目は一般相対性理論における重力と重力のような影響によって生じる時空の曲率に対応します。
その結果、一般相対性理論では、おなじみの ニュートンの重力方程式 (つまり、2 つの物体間の引力は、 重力定数 にそれらの質量の積をそれらの間の距離の 2 乗で割った値に等しい) は、一般相対性理論で見られる重力効果の近似値にすぎません。ただし、この近似値は、相対速度 (特に光) や非常に大きくて密度の高い質量などの極端な物理的状況では不正確になります。
ふ
=
グ
メートル
1
メートル
2
r
2
{\displaystyle \textstyle F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}\ }
一般相対性理論では、重力は時空が曲がっている(「歪んでいる」)ことによって生じます。重力を曲がった空間に帰することはよくある誤解です。相対性理論では、空間も時間も絶対的な意味を持ちません。しかし、地球上のように弱い重力を説明するには、特定の座標系での時間の歪みを考慮するだけで十分です。地球上の重力は非常に顕著ですが、相対論的な時間の歪みを検出するには精密な機器が必要です。私たちが日常生活で相対論的効果に気づかない理由は、光速( c =)の値が巨大であるからです。 速度は秒速約30 万 キロメートル で、これによって私たちは空間と時間を別のものとして認識するのです。
一般相対論におけるド・ジッター空間
ド・ジッター空間は、物質やエネルギーが存在しない場合に時空がわずかに曲がるという一般相対性理論のバリエーションです。これは、ユークリッド幾何学と 非ユークリッド幾何学 の関係に似ています。
物質やエネルギーが存在しないときの時空の固有の曲率は、一般相対性理論における宇宙定数によってモデル化されます。これは、エネルギー密度と圧力を持つ真空に対応します。この時空幾何学により、瞬間的に平行な時間的測地線 [b] が発散し、空間的セクションは正の曲率を持ちます。
反ド・ジッター空間とド・ジッター空間の区別
一般相対性理論における反ド・ジッター空間は 、時空の曲率の符号が変わることを除いて ド・ジッター空間に似ている。反ド・ジッター空間では、物質やエネルギーが存在しない状態で、空間的断面の曲率は負であり、 双曲幾何学 に対応し、瞬間的に平行な時間的測地線 [b] が最終的に交差する。これは負の 宇宙定数 に対応し、空の空間自体は負のエネルギー密度を持ちながら正の圧力を持ち、 遠方の超新星の観測から(漸近的) ド・ジッター空間 に対応する正の宇宙定数が示される 我々の宇宙の標準的な ΛCDM モデル とは異なる。
反ド・ジッター空間では、ド・ジッター空間と同様に、固有の時空曲率は宇宙定数に対応します。
反ド・シッター空間AdS 2は 、時間的ラベルと空間的ラベルの交換を通じて、 ド・シッター空間dS 2でもある。 [5] このような再ラベル付けは、通常、空間的ラベルが付けられた方向を参照する曲率の符号を反転する。
5次元に埋め込まれたド・ジッター空間と反ド・ジッター空間
上記のアナロジーは、1 次元高い平坦な周囲空間における重力によって生じる 2 次元空間の曲率を説明しています。同様に、4 次元の (湾曲した) ド・ジッター空間と反ド・ジッター空間は、5 次元の (平坦な) 擬似リーマン空間に埋め込むことができます。これにより、埋め込まれた空間内の距離と角度を、5 次元の平坦な空間内の距離と角度から直接決定できます。
注意点
この記事の残りの部分では、これらの概念の詳細を、より厳密で正確な数学的および物理的な説明で説明します。人間は 5 次元以上のものを視覚化するのに不向きですが、数式は同じように難しくなく、視覚化しやすい 3 次元および 4 次元の概念を説明するために数式が使用する方法と同じくらい適切な方法で 5 次元の概念を表すことができます。
より正確な数学的記述には、上記のド・ジッター空間と反ド・ジッター空間の類推に基づく発見的記述とは異なる、特に重要な意味合いがあります。反ド・ジッター空間の数学的記述は、曲率の概念を一般化します。数学的記述では、曲率は特定の点の特性であり、時空内の曲がった点が溶け合う目に見えない表面から切り離すことができます。そのため、たとえば、現実世界の幾何学では完全に表現できない特異点(一般相対性理論で最もよく知られているのは ブラックホール )などの概念は、数式の特定の状態に対応できます。
完全な数学的記述は、一般相対性理論における空間のような次元と時間のような次元の間の微妙な区別も捉えています。
定義と特性
球面空間と双曲空間が、 1 つ高い次元の平坦な空間 (それぞれ 球面 と 擬球面) への 等長埋め込みによって視覚化できるのと同様に、反ド・ジッター空間は、1 つ追加の次元の空間における球面のローレンツ類似体として視覚化できます。追加の次元は時間的です。この記事では、時間的方向の 計量は 負であるという規則を採用します 。
平坦な ( 1 + 2)次元空間に埋め込まれた (1 + 1) 次元反ド・ジッター空間 のイメージ 。t 1 軸 と t 2 軸は回転対称面にあり、 x 1 軸はその平面に垂直です。埋め込まれた表面は x 1 軸を周回する閉じた時間的曲線を含みますが、これらは埋め込みを「展開」することで (より正確には、普遍被覆を取ることで) 除去できます。
署名( p , q ) の反ド・ジッター空間は 、 座標 ( x1 ,..., xp,t1,...,tq + 1 ) の 空間 に 等 長 的に埋め込まれ 、 計量 は
R
p
、
q
+
1
{\displaystyle \mathbb {R} ^{p,q+1}}
d
s
2
=
∑
私
=
1
p
d
x
私
2
−
∑
じ
=
1
q
+
1
d
t
じ
2
{\displaystyle ds^{2}=\sum _{i=1}^{p}dx_{i}^{2}-\sum _{j=1}^{q+1}dt_{j}^{2}}
準球体 として
∑
私
=
1
p
x
私
2
−
∑
じ
=
1
q
+
1
t
じ
2
=
−
α
2
、
{\displaystyle \sum _{i=1}^{p}x_{i}^{2}-\sum _{j=1}^{q+1}t_{j}^{2}=-\alpha ^{2},}
ここで、は長さ( 曲率半径 )の次元を持つ非ゼロの定数です 。これは、原点からの「距離」(二次形式によって決定)が一定である点の集合という意味で(一般化された)球ですが、 図に示すように、
視覚的には 双曲面です。
α
{\displaystyle \alpha}
反ド・ジッター空間上の計量は、 周囲計量 から誘導される計量である。これは 非退化であり、 q = 1 の場合は ローレンツ符号を持つ。
q = 0 のとき 、この構成は標準的な双曲空間を与えます。残りの議論は q ≥ 1 の ときに適用されます。
閉じた時間的曲線と普遍被覆
q ≥ 1 の場合 、上記の埋め込みには 時間的閉じた曲線 が含まれます。たとえば、 によってパラメータ化され 、他のすべての座標が 0 であるパスは、そのような曲線です。 q ≥ 2 の場合、これらの曲線は幾何学に固有のものです (当然のことながら、複数の時間次元を持つ空間には時間的閉じた曲線が含まれます)。しかし、 q = 1の場合、 普遍被覆空間 に渡すことでこれらの曲線を除去でき 、埋め込みを効果的に「展開」できます。 同様の状況が擬似球 で発生します。 擬似球 は 、双曲平面ではそうではありませんが、それ自身で丸まります。その結果、双曲平面ではそうではない、自己交差直線 (測地線) が含まれます。一部の著者は、反ド・ジッター空間を埋め込まれた準球自体と同等と定義し、他の著者は、反ド・ジッター空間を埋め込みの普遍被覆と同等と定義しています。
t
1
=
α
罪
(
τ
)
、
t
2
=
α
コス
(
τ
)
、
{\displaystyle t_{1}=\alpha \sin(\tau ),t_{2}=\alpha \cos(\tau ),}
対称性
普遍被覆が取られていない場合、 ( p , q ) 反ド・シッター空間は 等長変換群 として O( p , q + 1) を持ちます。普遍被覆が取られている場合、等長変換群はO( p , q + 1) の被覆です。これは、以下に示す 商空間 構成を使用して、 反ド・シッター空間を 対称空間 として定義すると最も簡単に理解できます。
不安定
物理学者ピョートル・ビゾンとアンジェイ・ロストウォロウスキーが2011年に提唱した未証明の「AdS不安定性仮説」は、AdSの特定の形状の任意の小さな摂動がブラックホールの形成につながると述べています。 [6] 数学者ゲオルギオス・モシディスは、球対称性を前提とすると、内部ミラーを備えたアインシュタインゼロダストシステム(2017年)とアインシュタイン質量ゼロのブラソフシステム(2018年)の特定のケースでこの仮説が成り立つことを証明しました。 [7] [8]
座標パッチ
空間の一部を覆う 座標パッチは 反 ド・ジッター空間の 半空間 座標を与える。このパッチの
計量テンソルは
d
s
2
=
1
ええ
2
(
−
d
t
2
+
d
ええ
2
+
∑
私
d
x
私
2
)
、
{\displaystyle ds^{2}={\frac {1}{y^{2}}}\left(-dt^{2}+dy^{2}+\sum _{i}dx_{i}^{2}\right),}
半空間を与える。この計量は 平坦 な半空間ミンコフスキー時空と
共形的に等価である。
ええ
>
0
{\displaystyle y>0}
この座標パッチの定数時間スライスは、ポアンカレ半空間計量における 双曲空間 です。 の極限では 、この半空間計量はミンコフスキー計量 と共形的に同値です 。したがって、反ド・ジッター空間には、無限遠(このパッチでは「無限遠」は y 座標が 0 になります)に共形ミンコフスキー空間が含まれます。
ええ
→
0
{\displaystyle y\to 0}
d
s
2
=
−
d
t
2
+
∑
私
d
x
私
2
{\textstyle ds^{2}=-dt^{2}+\sum _{i}dx_{i}^{2}}
AdS では、空間時間は周期的であり、 普遍カバーは 非周期的な時間を持ちます。上記の座標パッチは、時空の単一周期の半分をカバーします。
AdS の 共形無限大は 時間的で あるため、共形無限大に関連付けられた 境界条件 がない限り 、空間的超曲面上の初期データを指定しても、将来の進化を一意に ( つまり 決定論的に) 決定することはできません。
反ド・ジッター空間の「半空間」領域とその境界
隣の画像は、反ド・ジッター空間の「半空間」領域とその境界を表しています。円筒の内部は反ド・ジッター時空に対応し、円筒の境界はその共形境界に対応しています。内部の緑色の影付き領域は、半空間座標で覆われた AdS 領域に対応し、2 つのヌル ( 光のような) 測地線超平面で囲まれています。表面の緑色の影付き領域は、ミンコフスキー空間で覆われた共形空間領域に対応しています。
緑色の網掛け領域は AdS 空間の半分と共形時空の半分をカバーします。緑色の円盤の左端は右端と同じように接触します。
均質で対称的な空間として
2次元球面 の場合と同様に
S
2
=
O
(
3
)
/
O
(
2
)
{\displaystyle S^{2}={\mathrm {O} (3)}/{\mathrm {O} (2)}}
は2つの直交群 の商であり、 パリティ (反射対称性)と 時間反転 対称性を持つ反ド・ジッターは2つの 一般化直交群 の商として見ることができる。
A
d
S
n
=
O
(
2
,
n
−
1
)
/
O
(
1
,
n
−
1
)
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}={\mathrm {O} (2,n-1)}/{\mathrm {O} (1,n-1)}}
一方、PやCを除いたAdSは商として見ることができる。
S
p
i
n
+
(
2
,
n
−
1
)
/
S
p
i
n
+
(
1
,
n
−
1
)
{\displaystyle {\mathrm {Spin} ^{+}(2,n-1)}/{\mathrm {Spin} ^{+}(1,n-1)}}
スピングループ の 。
この商の定式化は、 同次空間 の構造を与える 。 一般化直交群の リー代数は 、行列によって与えられる。
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
o
(
1
,
n
)
{\displaystyle {\mathcal {o}}(1,n)}
H
=
(
0
0
0
0
(
⋯
0
⋯
←
v
t
→
)
(
⋮
↑
0
v
⋮
↓
)
B
)
{\displaystyle {\mathcal {H}}={\begin{pmatrix}{\begin{matrix}0&0\\0&0\end{matrix}}&{\begin{pmatrix}\cdots 0\cdots \\\leftarrow v^{t}\rightarrow \end{pmatrix}}\\{\begin{pmatrix}\vdots &\uparrow \\0&v\\\vdots &\downarrow \end{pmatrix}}&B\end{pmatrix}}}
、
ここで は 歪対称行列 である 。 のリー代数における相補生成子 は
B
{\displaystyle B}
G
=
o
(
2
,
n
)
{\displaystyle {\mathcal {G}}={\mathcal {o}}(2,n)}
Q
=
(
0
a
−
a
0
(
←
w
t
→
⋯
0
⋯
)
(
↑
⋮
w
0
↓
⋮
)
0
)
.
{\displaystyle {\mathcal {Q}}={\begin{pmatrix}{\begin{matrix}0&a\\-a&0\end{matrix}}&{\begin{pmatrix}\leftarrow w^{t}\rightarrow \\\cdots 0\cdots \\\end{pmatrix}}\\{\begin{pmatrix}\uparrow &\vdots \\w&0\\\downarrow &\vdots \end{pmatrix}}&0\end{pmatrix}}.}
これら 2 つは を満たします 。明示的な行列計算により、
および であることが示されます 。したがって、反ド・ジッターは、 簡約同次空間 であり、非リーマン 対称空間 です。
G
=
H
⊕
Q
{\displaystyle {\mathcal {G}}={\mathcal {H}}\oplus {\mathcal {Q}}}
[
H
,
Q
]
⊆
Q
{\displaystyle [{\mathcal {H}},{\mathcal {Q}}]\subseteq {\mathcal {Q}}}
[
Q
,
Q
]
⊆
H
{\displaystyle [{\mathcal {Q}},{\mathcal {Q}}]\subseteq {\mathcal {H}}}
物理学における AdS 時空とその特性の概要
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
は、負の 宇宙定数 ( )を持つ アインシュタイン-ヒルベルト作用 を伴う重力理論の n 次元真空解であり、次の ラグランジアン 密度で記述される理論です 。
Λ
{\displaystyle \Lambda }
Λ
<
0
{\displaystyle \Lambda <0}
L
=
1
16
π
G
(
n
)
(
R
−
2
Λ
)
{\displaystyle {\mathcal {L}}={\frac {1}{16\pi G_{(n)}}}(R-2\Lambda )}
、
ここで、 G ( n ) は n 次元時空における 重力定数 です。したがって、これは アインシュタインの場の方程式 の解です 。
G
μ
ν
+
Λ
g
μ
ν
=
0
,
{\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }=0,}
ここで、 は アインシュタインテンソル 、 は 時空の計量です。半径を と導入すると 、 この解は、 次の制約により
、計量が 座標にある- 次元平坦時空 に 浸すことができます。
G
μ
ν
{\displaystyle G_{\mu \nu }}
g
μ
ν
{\displaystyle g_{\mu \nu }}
α
{\displaystyle \alpha }
Λ
=
−
1
α
2
(
n
−
1
)
(
n
−
2
)
2
{\textstyle \Lambda ={\frac {-1}{\alpha ^{2}}}{\frac {(n-1)(n-2)}{2}}}
(
n
+
1
)
{\displaystyle (n+1)}
d
i
a
g
(
−
1
,
−
1
,
+
1
,
…
,
+
1
)
{\displaystyle \mathrm {diag} (-1,-1,+1,\ldots ,+1)}
(
X
1
,
X
2
,
X
3
,
…
,
X
n
+
1
)
{\displaystyle (X_{1},X_{2},X_{3},\ldots ,X_{n+1})}
−
X
1
2
−
X
2
2
+
∑
i
=
3
n
+
1
X
i
2
=
−
α
2
.
{\displaystyle -X_{1}^{2}-X_{2}^{2}+\sum _{i=3}^{n+1}X_{i}^{2}=-\alpha ^{2}.}
グローバル座標
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
グローバル座標では次のパラメータによってパラメータ化されます 。
(
τ
,
ρ
,
θ
,
φ
1
,
…
,
φ
n
−
3
)
{\displaystyle (\tau ,\rho ,\theta ,\varphi _{1},\ldots ,\varphi _{n-3})}
{
X
1
=
α
cosh
ρ
cos
τ
X
2
=
α
cosh
ρ
sin
τ
X
i
=
α
sinh
ρ
x
^
i
∑
i
x
^
i
2
=
1
{\displaystyle {\begin{cases}X_{1}=\alpha \cosh \rho \cos \tau \\X_{2}=\alpha \cosh \rho \sin \tau \\X_{i}=\alpha \sinh \rho \,{\hat {x}}_{i}\qquad \sum _{i}{\hat {x}}_{i}^{2}=1\end{cases}}}
、
ここで球 をパラメータ化し 、座標に関しては 、、、 などとなります。 これら の 座標における計量は次のとおりです。
x
^
i
{\displaystyle {\hat {x}}_{i}}
S
n
−
2
{\displaystyle S^{n-2}}
φ
i
{\displaystyle \varphi _{i}}
x
^
1
=
sin
θ
sin
φ
1
…
sin
φ
n
−
3
{\displaystyle {\hat {x}}_{1}=\sin \theta \sin \varphi _{1}\ldots \sin \varphi _{n-3}}
x
^
2
=
sin
θ
sin
φ
1
…
cos
φ
n
−
3
{\displaystyle {\hat {x}}_{2}=\sin \theta \sin \varphi _{1}\ldots \cos \varphi _{n-3}}
x
^
3
=
sin
θ
sin
φ
1
…
cos
φ
n
−
2
{\displaystyle {\hat {x}}_{3}=\sin \theta \sin \varphi _{1}\ldots \cos \varphi _{n-2}}
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
d
s
2
=
α
2
(
−
cosh
2
ρ
d
τ
2
+
d
ρ
2
+
sinh
2
ρ
d
Ω
n
−
2
2
)
{\displaystyle ds^{2}=\alpha ^{2}\left(-\cosh ^{2}\rho \,d\tau ^{2}+\,d\rho ^{2}+\sinh ^{2}\rho \,d\Omega _{n-2}^{2}\right)}
ここで 、およびです 。時間の周期性を考慮し、 閉じた時間的曲線 (CTC)を避けるために 、普遍被覆 を取る必要があります 。極限では、 通常共形境界と呼ばれるこの時空の境界に近づくことができます 。
τ
∈
[
0
,
2
π
]
{\displaystyle \tau \in [0,2\pi ]}
ρ
∈
R
+
{\displaystyle \rho \in \mathbb {R} ^{+}}
τ
{\displaystyle \tau }
τ
∈
R
{\displaystyle \tau \in \mathbb {R} }
ρ
→
∞
{\displaystyle \rho \to \infty }
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
変換とを使用する と、 グローバル座標で
通常のメトリックを取得できます。
r
≡
α
sinh
ρ
{\displaystyle r\equiv \alpha \sinh \rho }
t
≡
α
τ
{\displaystyle t\equiv \alpha \tau }
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
d
s
2
=
−
f
(
r
)
d
t
2
+
1
f
(
r
)
d
r
2
+
r
2
d
Ω
n
−
2
2
{\displaystyle ds^{2}=-f(r)\,dt^{2}+{\frac {1}{f(r)}}\,dr^{2}+r^{2}\,d\Omega _{n-2}^{2}}
どこ
f
(
r
)
=
1
+
r
2
α
2
{\displaystyle f(r)=1+{\frac {r^{2}}{\alpha ^{2}}}}
ポアンカレ座標
次のパラメータ化により:
{
X
1
=
α
2
2
r
(
1
+
r
2
α
4
(
α
2
+
x
→
2
−
t
2
)
)
X
2
=
r
α
t
X
i
=
r
α
x
i
i
∈
{
3
,
…
,
n
}
X
n
+
1
=
α
2
2
r
(
1
−
r
2
α
4
(
α
2
−
x
→
2
+
t
2
)
)
,
{\displaystyle {\begin{cases}X_{1}={\frac {\alpha ^{2}}{2r}}\left(1+{\frac {r^{2}}{\alpha ^{4}}}\left(\alpha ^{2}+{\vec {x}}^{2}-t^{2}\right)\right)\\X_{2}={\frac {r}{\alpha }}t\\X_{i}={\frac {r}{\alpha }}x_{i}\qquad i\in \{3,\ldots ,n\}\\X_{n+1}={\frac {\alpha ^{2}}{2r}}\left(1-{\frac {r^{2}}{\alpha ^{4}}}\left(\alpha ^{2}-{\vec {x}}^{2}+t^{2}\right)\right)\end{cases}},}
ポアンカレ座標における計量は次のとおりです
。
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
d
s
2
=
−
r
2
α
2
d
t
2
+
α
2
r
2
d
r
2
+
r
2
α
2
d
x
→
2
{\displaystyle ds^{2}=-{\frac {r^{2}}{\alpha ^{2}}}\,dt^{2}+{\frac {\alpha ^{2}}{r^{2}}}\,dr^{2}+{\frac {r^{2}}{\alpha ^{2}}}\,d{\vec {x}}^{2}}
ここで、 です 。余次元 2 の表面は ポアンカレキリング地平線であり、時空 の境界に近づきます 。したがって、グローバル座標とは異なり、ポアンカレ座標はすべての 多様体 をカバーするわけではありません。 このメトリックを使用すると、次のように記述できます。
0
≤
r
{\displaystyle 0\leq r}
r
=
0
{\displaystyle r=0}
r
→
∞
{\displaystyle r\to \infty }
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
A
d
S
n
{\displaystyle \mathrm {AdS} _{n}}
u
≡
r
α
2
{\displaystyle u\equiv {\frac {r}{\alpha ^{2}}}}
d
s
2
=
α
2
(
d
u
2
u
2
+
u
2
d
x
μ
d
x
μ
)
{\displaystyle ds^{2}=\alpha ^{2}\left({\frac {\,du^{2}}{u^{2}}}+u^{2}\,dx_{\mu }\,dx^{\mu }\right)}
ここで 。変換により 、次のように書くこともできます。
x
μ
=
(
t
,
x
→
)
{\displaystyle x^{\mu }=\left(t,{\vec {x}}\right)}
z
≡
1
u
{\displaystyle z\equiv {\frac {1}{u}}}
d
s
2
=
α
2
z
2
(
d
z
2
+
d
x
μ
d
x
μ
)
.
{\displaystyle ds^{2}={\frac {\alpha ^{2}}{z^{2}}}\left(\,dz^{2}+\,dx_{\mu }\,dx^{\mu }\right).}
この後者の座標は、AdS/CFT 対応 で通常使用される座標であり 、AdS の境界は です 。
z
→
0
{\displaystyle z\to 0}
FRWオープンスライス座標
AdSは最大対称性を持つため、FRW時空のような空間的に一様で等方的な形式にキャストすることも可能です( フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー計量 を参照)。空間幾何学は負に曲がっている(開いている)必要があり、計量は
d
s
2
=
−
d
t
2
+
α
2
sin
2
(
t
/
α
)
d
H
n
−
1
2
,
{\displaystyle ds^{2}=-dt^{2}+\alpha ^{2}\sin ^{2}(t/\alpha )dH_{n-1}^{2},}
ここで、は次元双曲面 上の標準計量である 。もちろん、これはAdSのすべてを網羅するものではない。これらの座標は、グローバル埋め込み座標と次のように関連している。
d
H
n
−
1
2
=
d
ρ
2
+
sinh
2
ρ
d
Ω
n
−
2
2
{\displaystyle dH_{n-1}^{2}=d\rho ^{2}+\sinh ^{2}\rho d\Omega _{n-2}^{2}}
(
n
−
1
)
{\displaystyle (n-1)}
{
X
1
=
α
cos
(
t
/
α
)
X
2
=
α
sin
(
t
/
α
)
cosh
ρ
X
i
=
α
sin
(
t
/
α
)
sinh
ρ
x
^
i
3
≤
i
≤
n
+
1
{\displaystyle {\begin{cases}X_{1}=\alpha \cos(t/\alpha )\\X_{2}=\alpha \sin(t/\alpha )\cosh \rho \\X_{i}=\alpha \sin(t/\alpha )\sinh \rho \,{\hat {x}}_{i}\qquad 3\leq i\leq n+1\end{cases}}}
ここで、 をパラメータ化します 。
∑
i
x
^
i
2
=
1
{\displaystyle \sum _{i}{\hat {x}}_{i}^{2}=1}
S
n
−
3
{\displaystyle S^{n-3}}
デ・シッタースライス
させて
X
1
=
α
sinh
(
ρ
α
)
sinh
(
t
α
)
cosh
ξ
,
X
2
=
α
cosh
(
ρ
α
)
,
X
3
=
α
sinh
(
ρ
α
)
cosh
(
t
α
)
,
X
i
=
α
sinh
(
ρ
α
)
sinh
(
t
α
)
sinh
ξ
x
^
i
,
4
≤
i
≤
n
+
1
{\displaystyle {\begin{aligned}X_{1}&=\alpha \sinh \left({\frac {\rho }{\alpha }}\right)\sinh \left({\frac {t}{\alpha }}\right)\cosh \xi ,\\X_{2}&=\alpha \cosh \left({\frac {\rho }{\alpha }}\right),\\X_{3}&=\alpha \sinh \left({\frac {\rho }{\alpha }}\right)\cosh \left({\frac {t}{\alpha }}\right),\\X_{i}&=\alpha \sinh \left({\frac {\rho }{\alpha }}\right)\sinh \left({\frac {t}{\alpha }}\right)\sinh \xi \,{\hat {x}}_{i},\qquad 4\leq i\leq n+1\end{aligned}}}
ここで、 をパラメータ化します 。すると、メトリックは次のようになります。
∑
i
x
^
i
2
=
1
{\displaystyle \sum _{i}{\hat {x}}_{i}^{2}=1}
S
n
−
3
{\displaystyle S^{n-3}}
d
s
2
=
d
ρ
2
+
sinh
2
(
ρ
α
)
d
s
d
S
,
α
,
n
−
1
2
,
{\displaystyle ds^{2}=d\rho ^{2}+\sinh ^{2}\left({\frac {\rho }{\alpha }}\right)ds_{dS,\alpha ,n-1}^{2},}
どこ
d
s
d
S
,
α
,
n
−
1
2
=
−
d
t
2
+
α
2
sinh
2
(
t
α
)
d
H
n
−
2
2
{\displaystyle ds_{dS,\alpha ,n-1}^{2}=-dt^{2}+\alpha ^{2}\sinh ^{2}\left({\frac {t}{\alpha }}\right)dH_{n-2}^{2}}
は、開スライス座標における曲率半径を持つ次元ド・ジッター空間 の計量である 。双曲計量は次のように与えられる。
n
−
1
{\displaystyle n-1}
α
{\displaystyle \alpha }
d
H
n
−
2
2
=
d
ξ
2
+
sinh
2
(
ξ
)
d
Ω
n
−
3
2
.
{\displaystyle dH_{n-2}^{2}=d\xi ^{2}+\sinh ^{2}(\xi )d\Omega _{n-3}^{2}.}
幾何学的特性
半径を持つ AdS n 計量は、最大対称 n 次元時空の 1 つです。次の幾何学的特性を持ちます。
α
{\displaystyle \alpha }
リーマン曲率テンソル
R
μ
ν
α
β
=
−
1
α
2
(
g
μ
α
g
ν
β
−
g
μ
β
g
ν
α
)
{\displaystyle R_{\mu \nu \alpha \beta }={\frac {-1}{\alpha ^{2}}}(g_{\mu \alpha }g_{\nu \beta }-g_{\mu \beta }g_{\nu \alpha })}
リッチ曲率
R
μ
ν
=
−
1
α
2
(
n
−
1
)
g
μ
ν
{\displaystyle R_{\mu \nu }={\frac {-1}{\alpha ^{2}}}(n-1)g_{\mu \nu }}
スカラー曲率
R
=
−
1
α
2
n
(
n
−
1
)
{\displaystyle R={\frac {-1}{\alpha ^{2}}}n(n-1)}
注記
^ここでの時間は、この表現で 世界線が 垂直に走る観測者から見た時間です 。図の中央にいるそのような観測者 1 人だけが慣性を持っています。他のすべての慣性観測者は、図の中で世界線が振動しています。
^ ab つまり、 時間のある時点で比較的静止している 2 人の慣性観測者の 世界線(それぞれから見た同時性の空間的セクション)。
参考文献
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松田 秀 (1984). 「反ド・ジッター空間への上半空間の等長埋め込みに関するノート」 (PDF) . 北海道数学ジャーナル . 13 (2): 123–132. doi : 10.14492/hokmj/1381757712 . 2017年2月4日閲覧 。
ウルフ、ジョセフ A. (1967)。 定曲率空間 。p. 334。
外部リンク
ド・シッター空間と反ド・シッター空間の簡易ガイド – ド・シッター空間と反ド・シッター空間の教育的入門書。本文は簡略化されており、数学はほとんど使用されていません。付録は技術的な内容で、物理学または数学の知識を持つ読者を対象としています。