ブレーン宇宙論

ブレーン宇宙論は、弦理論、超弦理論、M理論に関連する素粒子物理学と宇宙論のいくつかの理論を指します。

中心となる考え方は、目に見える 4 次元時空は、「バルク」(「ハイパースペース」とも呼ばれる) と呼ばれる高次元空間内のブレーンに制限されるというものです。追加次元がコンパクトであれば、観測される宇宙には追加次元が含まれるため、バルクを参照する必要はありません。バルク モデルでは、追加次元の少なく​​とも一部は広大 (無限の可能性あり) であり、他のブレーンがこのバルク内を移動している可能性があります。バルクとの相互作用、およびおそらく他のブレーンとの相互作用は、ブレーンに影響を与え、より標準的な宇宙論モデルでは見られない効果をもたらす可能性があります。

大きな余剰次元の考えに基づくブレーン宇宙論のいくつかのバージョンは、重力が他の基本的な自然力に比べて弱いことを説明でき、階層問題を解決する。ブレーンの描像では、電磁力、弱い核力、強い核力はブレーン上に局在するが、重力にはそのような制約がなく、バルクと呼ばれる全時空に伝播する。重力の引力の多くはバルクに「漏れ」る。その結果、重力の力が「漏れ」にくい小さな（原子より小さい、または少なくともミリメートルより小さい）スケールでは、重力の力は著しく強くなるはずである。現在、これをテストするためのさまざまな実験が進行中である。^{[1]バルクの}超対称性を伴う大きな余剰次元の考えの拡張は、いわゆる宇宙定数問題に対処する上で有望であると思われる。^{[2] [3] [4]}

概念理論の一部としてブレーン宇宙論を適用しようとする最も初期の文書化された試みの一つは1983年に遡ります。^[5]

著者らは、宇宙には次元があるが、通常の粒子は空間方向に沿って狭く、他の 3 つの方向に沿って平坦なポテンシャル井戸に閉じ込められている可能性について議論し、特定の 5 次元モデルを提案しました。 ${\displaystyle (3+N)+1}$${\displaystyle N}$

1998/99年に、メラブ・ゴグベラシビリはarXivにいくつかの論文を発表し、宇宙を5次元空間で膨張する薄い殻（数学的には「膜」の同義語）と見なすと、5次元の宇宙定数と宇宙の厚さに対応する粒子理論の1つのスケールを取得し、階層問題を解決できる可能性があることを示しました。^{[6] [7]}ゴグベラシビリはまた、物質場の限定解を与えるアインシュタイン場の方程式の追加成分が安定性の条件の1つと一致するため、宇宙の4次元性は数学で見つかった安定性要件の結果であることを示しました。^[8]

1999年には、密接に関連したランドール・サンドラムのシナリオであるRS1とRS2が提案されました。（RS1の非技術的な説明についてはランドール・サンドラムモデルを参照してください）。これらの特定のブレーン宇宙論モデルは、かなりの注目を集めました。たとえば、関連するChung-Freeseモデルは、時空計量工学に応用され、2000年に続きました。^[9]

その後、エクピロティック理論とサイクリック理論が登場した。エクピロティック理論は、観測可能な宇宙の起源は2つの平行な膜が衝突したときに起こったと仮定している。^[10]

今のところ、ランドール・サンドラムモデルが要求するような大きな余剰次元の実験的または観測的証拠は報告されていない。2010年12月の大型ハドロン衝突型加速器の結果の分析は、大きな余剰次元を持つ理論で生成されるブラックホールに厳しい制約を与えた。^[11]最近のマルチメッセンジャー重力波イベントGW170817も、大きな余剰次元に弱い制限を課すために使用された。^{[12] [13]}

• カルツァ＝クライン理論
• ループ量子宇宙論

• arxiv.org のブレーン宇宙論。
• Brax, Philippe; van de Bruck, Carsten (2003). 「宇宙論とブレーン世界: レビュー」.古典重力と量子重力. 20 (9): R201–R232. arXiv : hep-th/0303095 . Bibcode :2003CQGra..20R.201B. doi :10.1088/0264-9381/20/9/202. S2CID  9623407.– ブレーン世界シナリオの宇宙論的帰結が教育的な方法でレビューされます。
• 次元の近道 – ステライルニュートリノの証拠 (2007 年 8 月、Scientific American)
• Langlois, David (2003). 「ブレーン宇宙論: 入門」.理論物理学の進歩補足. 148 : 181–212. arXiv : hep-th/0209261 . Bibcode :2002PThPS.148..181L. doi :10.1143/PTPS.148.181. S2CID  9751130.– このノート（32 ページ）は、ブレーン宇宙論の入門的なレビューです。
• パパントノプロス、エレフテリオス (2002)。「ブレーン宇宙論」。宇宙論の交差点。物理学講義ノート。第 592 巻。pp. 458–477。arXiv : hep -th/0202044。Bibcode :2002LNP...592..458P。doi : 10.1007/3-540-48025-0_15。ISBN 978-3-540-43778-9. S2CID  3084654。– 2001 年 9 月、サモス島で開催された第 1 回エーゲ海宇宙論サマースクールで行われた講義 (24 ページ) 。