Pourquoi le vide ne peut pas être trop calme ✎

Original: "De Sitter Space and the Swampland"
arXiv:1806.08362 · 2018-06-21 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 1 min
Si l'énergie d'un champ varie à peine, la théorie s'enlise dans le marécage des options interdites.

L'Univers s'étend de plus en plus vite. On explique généralement cela par une énergie constante du vide, mais construire une telle énergie en théorie des cordes s'avère impossible. Un nouveau travail propose une règle simple : l'énergie d'un champ ne peut pas être trop plate. Si elle varie à peine, la théorie s'enlise dans le marécage des options interdites.

La règle a été testée sur trois exemples différents issus de la théorie des cordes. Dans chaque cas, la pente de l'énergie s'est révélée au moins aussi grande que l'énergie elle-même, avec un coefficient de l'ordre de l'unité. Pour un exemple, on obtient 1.6 ; pour un autre, 3.5 ; pour le troisième, entre 0.8 et 3.7. Tous ces nombres sont supérieurs à √2, ce qui rend impossible une expansion accélérée.

L'expérience sur l'énergie sombre donne le nombre 0.6. C'est un peu en dessous des estimations théoriques, et les auteurs qualifient cette coïncidence de « terriblement proche ».

Si la règle est correcte, l'énergie sombre ne serait pas constante mais lentement variable. Cela explique pourquoi elle est si faible, sans réglage fin des paramètres. Le marécage de la théorie des cordes devient un outil de sélection : les vides trop calmes coulent, et seuls survivent ceux où l'énergie est en mouvement.

Les auteurs qualifient la coïncidence entre la limite expérimentale c ≲ 0.6 et les estimations théoriques c ~ 1 de « délicieusement proche ». Si la valeur était un peu plus grande, l'expansion accélérée de l'Univers serait impossible dans le cadre de la quintessence, et il faudrait chercher des explications complètement différentes.

L'idée d'une interdiction du vide stable fait écho au roman de Greg Egan, « La Cité des permutants » (dans l'original « Schild's Ladder »), où les physiciens découvrent que le vide est instable et peut se désintégrer. Dans l'article, il s'agit d'une contrainte plus douce mais apparentée : le vide de Sitter ne peut pas être un point de repos, mais seulement un état qui dévale lentement.

|\nabla V| \ge c \cdot V
En tout point où le potentiel est positif, son gradient doit être suffisamment grand, sinon la théorie ne peut pas être plongée dans la gravité quantique.
w = -1 + \frac{\lambda^2}{3}
Pour un potentiel V ~ exp(-λφ), le paramètre w se rapproche de cette valeur ; l'accélération exige w < -1/3, c'est-à-dire λ < √2.
\lambda_{\text{accelerate}} = \sqrt{\frac{4}{d-2}}
La pente maximale du potentiel pour laquelle une expansion accélérée est possible en d dimensions.
Notions
espace anti-de Sitter espace de de Sitter faux vide problème de la constante cosmologique permittivité du vide théorème de Witten sur l'énergie positive champ scalaire dilaton Correspondance adS/CFT potentiel gravitationnel théorie des cordes