¿Las fluctuaciones cuánticas causarían problemas para la inflación del campo escalar?

Wheeler dijo una vez que el espacio-tiempo sería muy curvo a escalas muy pequeñas debido al principio de incertidumbre de la energía-momento. En cuyo caso, el espacio-tiempo se vuelve muy accidentado y deja de ser uniforme, lo que Wheeler llamó espuma de espacio-tiempo. Parece que tal imagen no nos molesta porque en la mayoría de los casos estamos tratando con física de escalas más grandes y el espacio-tiempo vuelve a suavizarse a un nivel promedio sobre la gran escala.

Pero cuando extendemos la imagen a la cosmología, los problemas aparecen incluso en un nivel semiclásico. Ahora consideremos el ϕ 4 teoría escalar con

V ( ϕ ) = λ 4 ϕ 4 .
Para el vacío, debido al principio de incertidumbre, ϕ no puede permanecer en 0 en todas partes y todo el tiempo. Si eso, el campo tendría una configuración definida y una velocidad definida (momento de campo), lo que viola el principio de incertidumbre. En la escala de Planck yo pag , la energía debe tener una incertidumbre de METRO pag . Por lo tanto, para cada volumen de Plack, ϕ puede tomar valores entre METRO pag / ( λ ) 1 / 4 y METRO pag / ( λ ) 1 / 4 de modo que V ( ϕ ) = λ 4 ϕ 4 METRO pag 4 .

Sin embargo, en tal caso, esta pequeña porción de espacio se verá impulsada a la inflación.

a ( t ) = a 0 Exp ( H t ) ,
dónde
H = ( 8 π 3 V ( ϕ ) / METRO pag 2 ) 1 / 2 .
Tenga en cuenta que el análisis aquí se aplica no solo al universo primitivo sino también al universo actual. Pero tal inflación a pequeña escala seguramente causará problemas tales como la falta de homogeneidad en nuestro universo que, por supuesto, no es el caso de nuestro universo observado.

Entonces, ¿cuál es el problema con el análisis dado arriba?

Las cosas que son suaves, como las burbujas que componen una espuma, no tienen ángulos, así que no sigo bien la relación que intentas establecer entre la visualización de Wheeler y un espacio-tiempo accidentado.

Respuestas (1)

La imagen en esta publicación es básicamente incorrecta. La incertidumbre se utiliza para la escala de longitud de todo el sistema. Por ejemplo, si consideramos una partícula que se mueve en una caja de volumen L 3 , diríamos que la partícula tiene incertidumbre de cantidad de movimiento ~ / L y por lo tanto incertidumbre energética 2 / ( 2 metro L 2 ) . Por lo tanto, para una caja grande, la incertidumbre energética es casi cero. Pero no podemos decir en este caso que podemos observar una región más pequeña, y en esa región hay una gran incertidumbre energética que puede conducir a una gran incertidumbre energética total si las sumamos. Es decir, debemos distinguir la escala de todo el sistema y la distancia de un punto a otro que puede ser arbitrariamente pequeña. Asimismo, el principio de incertidumbre no nos obliga a alejarnos del concepto de espacio-tiempo entre dos puntos cercanos arbitrarios. Pero nos dice que un sistema cuántico con una escala muy pequeña no tiene sentido ya que se formará un agujero negro a partir de las grandes fluctuaciones de energía.

Espero que esta respuesta no sea engañosa.

Entiendo que la longitud de Planck es la distancia significativa más pequeña, pero he tendido a suponer que las escalas más pequeñas están destinadas a existir, aunque solo sea como una característica evolucionada de una realidad que no puede ser destruida por las maquinaciones de los más maliciosos. habitantes. (¿Cuándo evolucionaron? Tal vez hace una eternidad, ya que tiendo a pensar que el universo, o el multiverso, puede ser tan antiguo como grande).
Si lleva bata, tiene barba, tiene días buenos y malos, etc., no sé....