Eieren, bubbeltjes, en wormgaten in semiklassieke kwantumgravitatie

Kosmologische observaties suggereren dat ons universum evolueert richting een de Sitter ruimtetijd met een zeer kleine hoeveelheid aan vacuümenergie. Dit is vanuit het perspectief van de kwantumveldentheorie een vervelende kwestie –het kosmologische constante probleem– en de hoop is dat een theorie van kwantumgravitatie, zoals snaartheorie, hierop licht kan werpen. De status van ons heelal in snaartheorie is echter niet volledig begrepen; het is daarom nuttig om modellen geïnspireerd op snaartheorie te construeren om zo semi–klassieke aspecten van gravitatie in een kosmologisch kader te begrijpen. In hoofdstuk 3 beargumenteren we dat in theorieën met extra dimensies, zoals snaartheorie, men het kosmologische constante probleem kan zien als de onna- tuurlijke grootte van het zichtbare heelal in Kaluza–Klein eenheden. Er wordt een scenario voor het vroege universum voorgesteld waarin drie grote, ruimtelijke dimensies natuurlijkerwijs verschijnen door een tunneleffect uit een ’cosmic egg’. Dit is een effectieve, ééndimensionale configuratie waarin alle ruimtelijke dimensies compact en van vergelijkbare grootte zijn. Een kwantumkosmologische analyse van dit model voorspelt dat, in een variant van de Hartle–Hawking toestand, deze cosmic eggs ‘breken’ en zo hoger dimensionale universa vormen met een kleine, maar positieve kosmologische constante. Cosmic eggs vormen dus mogelijks natuurlijke initiële condities voor kosmologie en het breken ervan relaxeert het kosmologische constante probleem op een dynamische manier. In hoofdstuk 4 pleiten we, geleid door de moeilijkheid om expliciete de Sitter oplossingen in snaartheorie te vinden, in het voordeel van het recent voorgestelde ‘Dark Bubble’ model. Hierin wordt een de Sitter kosmologie geïnduceerd op de rand van een Brown–Teitelboim bubbel in een vijfdimensionale anti–de Sitter ruimtetijd. Vanuit het perspectief van de kwantumkosmologie worden de randvoorwaarden in dit geval ondubbelzinnig bepaald wegens consistentie met de gekende fysica van bubbelnucleatie; dit selecteert de Vilenkin amplitude. Om de connectie tussen de Dark Bubbles en de kwantumkosmologie uit te breiden met gravitationele fluctuaties construeren we vijfdimensionale gravitatiegolven die reduceren naar de gekende vierdimensionale golven in een de Sitter kosmologie. Bovendien kunnen we deze hoger dimensionale gravitatiegolven gebruiken om de schijnbare negatieve energie bijdragen in de effectieve vierdimensionale Einstein vergelijking uit te leggen. In hoofdstuk 5 kijken we naar Euclidische, axionische wormgaten en hun status als zadelpunten in de padintegraal. We bevestigen het recente resultaat dat Giddings– Strominger wormgaten perturbatief stabiele zadelpunten zijn in zowel de drie–vorm als de scalaire formulering voor het axionveld. Onze analyse voorziet ook een duidelijke interpretatie van de randvoorwaarden die in het verleden in de literatuur niet altijd correct werden opgelegd.