Warum scheinen Stringtheoretiker die Kosmologie zu ignorieren?

Ich sollte wahrscheinlich keinen Kommentar abgeben und werde wahrscheinlich von tatsächlichen Stringtheoretikern herabgestimmt werden (ich bin ein ehemaliger theoretischer Kosmologe / Gravitationswellener, der mit vielen Stringtheoretikern gesprochen und vielen Vorträgen zugehört hat), aber ich kann nicht widerstehen. ..

Stringtheoretiker (und ehrlich gesagt viele theoretische Physiker) würden nichts lieber tun, als die Kosmologie innerhalb der Stringtheorie erklären zu können. Ein Modell, das erklärt, warum wir vier große Raumzeitdimensionen haben, das entweder einen Mechanismus zur Lösung des Problems der kosmologischen Konstante oder zumindest ein vollständig berechenbares First-Principles-Quantengravitationsmodell hervorbringt, das das anthropische Prinzip umsetzt, und das die Urknall-Singularität auflöst, wäre großartig . Jeder Theoretiker der Kosmologie oder Stringtheorie würde liebend gerne diese Arbeit schreiben.

Leider ist der de Sitter-Raum in der Stringtheorie schwer zu behandeln. Es gibt ausgefeilte Geschichten (z. B. KKLT), die eine positive kosmologische Konstante unterstützen können, aber es ist eine Menge Arbeit und nur Teile davon können streng berechnet werden. Es ist auch nicht bekannt, wie man mit zeitabhängigen Hintergründen in der Störungs-String-Theorie umgeht (die man für die Kosmologie braucht), und niemand weiß wirklich, was die nicht-Störungs-String-Theorie für Raumzeiten ist, die nicht asymptotisch AdS sind. Sie können Grenzen nehmen, wo die Stringtheorie zur Supergravitation wird, und Feldtheoriemodelle innerhalb der Supergravitation (oder einer Supergravitations-angrenzenden Theorie) entwickeln und es als "stringtheoretisch inspiriert" bezeichnen, aber dieses rein niederenergetische Bild ist irgendwie langweilig von einer Schnur theoretische Perspektive.

In Bezug auf das Sumpfland: Wie ein Stringtheoretiker in einem Vortrag sagte, an dem ich teilnahm, ist das Sumpfland ein Gebiet, in dem es viele beweisbare, aber nicht interessante Aussagen gibt, und viele interessante, aber nicht beweisbare Aussagen, aber sehr wenige interessante und beweisbareAussagen. Soweit ich weiß (aber ich bin kein Experte), sind die Vermutungen, die normale Inflationsmodelle ausschließen, eher spekulativ. Ich bin mir also nicht sicher, ob die Sumpfland-Behauptungen so eindeutig sind, wie sie in den Schlagzeilen klingen. In Anbetracht dessen denke ich, dass es gut ist, dass die Leute nicht den einfachen Weg nehmen und versuchen, die Tatsache, dass die Sumpfland-Vermutung nicht mit der Standardinflation vereinbar ist, mit der Hand wegzuwinken. Was ich weniger ansprechend finde, ist, dass einige die Vermutung verwenden werden, um zu behaupten, dass die Inflation ungünstig ist, ohne einen festen Beweis für die Vermutung und ohne eine alternative Erklärung für die Beobachtungen zu geben, die die Inflation erklären kann.

Abgesehen davon gibt es definitiv Ausnahmen: Eva Silverstein zum Beispiel hat eine Menge sehr cooler Arbeit geleistet, indem sie neuartige kosmologische Modelle entwickelt hat, die von der Stringtheorie motiviert sind, und Nima Arkhani-Hamed hat die Amplitudenmethoden, an denen er arbeitet, auf die Kosmologie angewendet Korrelatoren. Es ist also nicht fair, pauschal zu sagen, dass Stringtheoretiker die Kosmologie ignorieren, obwohl ich es für fair halte, dass bei der Erklärung der Mainstream-Kosmologie aus den Grundprinzipien der Stringtheorie nicht viele Fortschritte erzielt wurden und es einige wichtige Hindernisse gibt dazu.

Also ... tl; dr ... Ich glaube nicht, dass Stringtheoretiker die Kosmologie ignorieren, weil sie desinteressiert sind. Ich denke, sie ignorieren es, weil es schwierig ist : Niemand weiß, wie man in den zeitabhängigen Hintergründen mit unbequemen Asymptotiken, die für die Kosmologie relevant sind, Fortschritte macht. Dies ist jedoch eine ziemlich belastete Frage, und es gibt Stringtheoretiker, die interessante Dinge in der Kosmologie tun (auch wenn es nicht der Mainstream-Trend ist, AdS/CFT auf kondensierte Materie anzuwenden).

Ich bin weder Kosmologe noch ein sehr guter Stringtheoretiker, aber da ich mich selbst für dieses Thema interessiere, werde ich versuchen, diese Frage zu beantworten. Fühlen Sie sich frei, mich zu korrigieren, wenn etwas falsch ist.

Denken Sie zunächst daran, warum manche Leute es vielleicht hassen , die Stringtheorie wegwerfen zu müssen. Diese Punkte mögen offensichtlich erscheinen, werden aber in Debatten wie diesen oft übersprungen.

• Am wichtigsten ist, dass die Stringtheorie die Quantenmechanik mit der Gravitation vereint. Für die Mainstream-QFT zeigt das Versäumnis, die Schwerkraft einzubeziehen, offensichtlich die Notwendigkeit einer tieferen Theorie. Es wird manchmal gesagt, dass die Stringtheorie gefährlich nahe daran ist, nicht falsifizierbar zu sein , aber andererseits ist das Standardmodell in gewissem Sinne falsifiziert , da es keine Gravitation enthält. Derzeit scheint die Stringtheorie die mit Abstand interessanteste potentielle Quantengravitationstheorie zu sein.
• Die Stringtheorie könnte die genaue Struktur des Standardmodells erklären: Woher kommen die genaue Eichgruppe, die Teilchenmassen und -ladungen und die Anzahl der Generationen?
• Die Stringtheorie könnte möglicherweise mehrere andere Probleme lösen, wie das Problem der Higgs-Massenhierarchie.
• Schließlich ist die Stringtheorie als fruchtbares Forschungsgebiet bekannt, das viele überraschende und interessante Ergebnisse liefert, die sowohl mit der Physik als auch mit der reinen Mathematik in Verbindung stehen.

Wann immer Sie also eine begeisterte Stringtheoretikerin treffen, wäre sie der Meinung, dass wir die Stringtheorie zumindest sehr ernst nehmen sollten, auch wenn wir noch nicht wissen, wie und ob sie zu unserem aktuellen experimentellen Wissen über unser Universum passt.

Auf der Seite der Kosmologie gibt es derweil etwas mehr Spielraum als in der Teilchenphysik, besonders wenn man naiv unnatürlich aussehende Modelle zulässt. Zunächst einmal wissen wir nicht wirklich, was dunkle Materie ist, und wir wissen nicht offiziell, woher dunkle Energie kommt. Auch die genauen Einzelheiten der Inflation sind meines Wissens nach noch nicht geklärt.

Die jüngsten Sumpfland-Vermutungen von de Sitter weisen auf einen möglichen Konflikt zwischen Kosmologie und Stringtheorie hin. Für Stringtheoretiker gibt es zwei Auswege, einen langweiligen und einen spannenden.

1. Der langweilige Ausweg ist, dass einige Sumpfland-Vermutungen einfach falsch sein könnten. Dies bleibt eindeutig eine Möglichkeit. Auf der anderen Seite, obwohl die Vermutungen nicht rigoros als wasserdicht erwiesen wurden, scheinen sie uns zu sagen, was die Stringtheorie mag und was nicht, da diese Vermutungen typischerweise durch gute Beweise gestützt werden (d. h. durch stringtheoretische Szenarien, die die Vermutungen). Natürlich sollten wir nicht ausschließen, dass eine, viele oder alle dieser Vermutungen Schlupflöcher zulassen. Aber wenn wir die Stringtheorie als potentielle Naturtheorie ernst nehmen wollen, sollten wir uns anhören, was sie zu sagen hat.
2. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Stringtheorie versucht, uns etwas wirklich Nichttriviales über die Kosmologie zu sagen. Vielleicht ziemlich seltsame kosmologische Modelle erweisen sich in der Stringtheorie als sehr natürlich. Vielleicht ist das Universum wirklich nicht de Sitter, aber es gibt doch eine Quintessenz. So wie ich es verstehe, stehen typischerweise die kosmologischen Modelle im Widerspruch zur Stringtheorie , nicht die Beobachtungen . Die Stringtheorie könnte uns einen neuen Weg in die Kosmologie eröffnen, und mit etwas Glück könnte sie sogar überprüfbar sein.

Eine überraschende Art von Kosmologie, die von der Stringtheorie vorhergesagt wird, könnte sogar als überprüfbare Vorhersage gelten, die mit zukünftigen Beobachtungen verglichen werden kann. Daher ist ein Blick auf die Art und Weise, wie die Stringtheorie Kosmologie „macht“, definitiv relevant für Stringtheoretiker.

Zugegeben, das von Ihnen zitierte Papier sieht aus wie String-Theoretiker, die versuchen, die Inflation zu bekämpfen. Die Autoren behaupten jedoch einfach, dass es eine Verschwörung innerhalb der Stringtheorie gegen die Inflation zu geben scheint, genauso wie es eine Verschwörung innerhalb der Stringtheorie gegen die de Sitter-Raumzeit zu geben scheint. Vielleicht will die Stringtheorie die Inflation durch etwas noch Besseres ersetzen.

Letztendlich lässt all dies natürlich immer noch die Möglichkeit offen, dass die Stringtheorie falsch ist. Die Kosmologie könnte ein vielversprechendes Feld sein, um dies zu demonstrieren, mehr noch als die Teilchenphysik, der die Stringtheorie bekanntermaßen entgegenkommt. Wenn sich die Stringtheorie wirklich gegen die Inflation verschworen hat, sollten wir das nicht ignorieren; wenn sich die Inflation dann doch als richtig herausstellt, um so schlimmer für die Stringtheorie.

Die Tatsache, dass Stringtheoretiker versuchen, de Sitter-Lösungen zu konstruieren, zeigt, dass sie die Kosmologie nicht ignorieren.

Ich frage mich nur, warum man sich dafür so viel Mühe gibt, denn die Standardkosmologie funktioniert auch in Anti-de-Sitter-Räumen.

Siehe zum Beispiel:

Weltkosmologie von Brane

Standardkosmologie an der Anti-de-Sitter-Grenze