Gravity as average of CFT

最近一個(gè)比較有趣的問題是有關(guān)3維引力的:我們能求解這個(gè)引力理論嗎界睁?這里的求解并不是解愛因斯坦方程剩辟,而是說能不能求出partition function芥映,或者說是Eucliean
path integral崇败。正確的做法應(yīng)該是,先把path integral 依據(jù)不同的拓?fù)溥M(jìn)行展開歌焦,然后在每一個(gè)給定的拓?fù)湎聦?duì)可能的metric進(jìn)行積分飞几。這樣的積分當(dāng)然是發(fā)散的,所以這個(gè)path integral一般也是求不出來的独撇。但是對(duì)于2維引力循狰,這個(gè)積分是可以求出來的!從這個(gè)意義上來說券勺,2D gravity (JT gravity)是可以解出來的。

對(duì)于2維引力灿里,因?yàn)闆]有l(wèi)ocal 的自由度关炼,所以對(duì)local metric積分是trivial的,我們需要考慮的貢獻(xiàn)是來自不同的拓?fù)溥€有“boundary graviton”的貢獻(xiàn)匣吊。類似于弦論的散射振幅儒拂,對(duì)拓?fù)涞姆e分可以做genus 展開寸潦。這個(gè)展開正好可以與一個(gè)matrix model integral的genus 展開對(duì)應(yīng)。而 boundary graviton的貢獻(xiàn)是一個(gè)1-loop 貢獻(xiàn)由Schwartzian action 給出社痛。所以可以猜測(cè)JT gravity 等價(jià)于一個(gè)matrix model见转。對(duì)于matrix model,這個(gè)展開是一個(gè)微擾計(jì)算蒜哀,matrix model 本身還有非微擾的貢獻(xiàn)斩箫。如果我們把JT gravity 真正認(rèn)同成這個(gè)matrix model,就需要同樣考慮這些貢獻(xiàn)撵儿,并且提供一個(gè)解釋乘客。JT gravity 的確可以提供這樣的解釋:他們來自于disconnect geometry還有multi-boundaries。也就是說淀歇,在JT gravity里易核,不是只有一個(gè)宇宙,還有考慮其他宇宙的存在浪默,即使他們之間不相連牡直。還有即使對(duì)于其中的一個(gè)宇宙,也要允許有很多的邊界纳决,在每一個(gè)邊界上碰逸,我們還都要有一個(gè)Schwartzian action來自boundary graviton的貢獻(xiàn)。這樣岳链,我們完成了這個(gè)JT gravity/Matrix model的對(duì)應(yīng)同時(shí)在微擾和非微擾的層面花竞。一個(gè)有趣的結(jié)論是,因?yàn)镸atrix model是描述的一個(gè)系綜理論掸哑,所以在這個(gè)對(duì)應(yīng)下约急,JT gravity 不是和某個(gè)量子理論對(duì)應(yīng),而是和一個(gè)average of quantum mechanics 對(duì)應(yīng)苗分。

我們想把JT gravity/ average of quantum mechanics 推廣到高維厌蔽。比如是不是3維 gravity也是對(duì)應(yīng)了一個(gè)average 而不是一個(gè)具體場(chǎng)論的呢?如果我們限制3D gravity到具有AdS 邊界摔癣,用AdS/CFT的經(jīng)驗(yàn)奴饮,我們是否可以期待 AdS3其實(shí)是對(duì)應(yīng)某種average of CFT 呢?一個(gè)證據(jù)是择浊,如果考慮minimal AdS3 就是不含物質(zhì)場(chǎng)的 AdS3 引力理論戴卜,同樣的進(jìn)行path integral 的計(jì)算,在只考慮saddle point 近似的情況會(huì)發(fā)現(xiàn)琢岩,AdS3是不太可能對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的CFT 理論的投剥。當(dāng)然有可能saddle point的計(jì)算是不可靠的,但是在3維担孔,雖然還是沒有l(wèi)ocal 的自由度江锨,對(duì)于local metric的積分還是trivial的吃警,但是并不存在一個(gè)類似genus 展開那樣自然的辦法去count 不同topology帶來的貢獻(xiàn)。saddle point近似是一種妥協(xié)但是也是標(biāo)準(zhǔn)的處理手段:我們考慮所有的經(jīng)典解還有在經(jīng)典解附近fluctuation (boundary graviton)的貢獻(xiàn)啄育。在AdS3邊界條件下酌心,還有固定邊界的genus 為 1的時(shí)候,經(jīng)典解的集合是知道的(AdS3的一些quotient)挑豌。邊界的genus為1的選取是因?yàn)槲覀円崖窂椒e分理解為一個(gè)partition function安券。boundary graviton還是一個(gè)1-loop 的貢獻(xiàn)等于Virasoro descendant of the identity (vacuum)。這些計(jì)算都是標(biāo)準(zhǔn)的浮毯,只不過極其復(fù)雜完疫。不過一個(gè)結(jié)論就是,算出來的partition function說明能譜有連續(xù)的部分债蓝,并且有負(fù)的部分壳鹤,這不太能對(duì)應(yīng)一個(gè)我們熟悉的CFT。

既然直接進(jìn)行path integral 的計(jì)算沒有好的辦法饰迹,我們或許可以反過來看:如果我們對(duì)一些CFT求平均得到的結(jié)果是否有一個(gè)gravity 的解釋芳誓。最近的研究發(fā)現(xiàn)這是可能的。這里的技術(shù)問題就是怎樣做這個(gè)average 啊鸭。比如我們要取什么樣的概率分布(measure)锹淌?目前的例子可以計(jì)算是因?yàn)檫x取的CFT可以被實(shí)現(xiàn)成一個(gè)coset model,他的moduli自然帶有一個(gè)measure赠制。但是一個(gè)代價(jià)是得到的引力理論并不是Einstein 理論而是一個(gè)Chern-Simons theory. 還是有很多問題需要考慮的赂摆,首先就是如何更合理的定義average for CFT,是不是可以像matrix model那樣得到一個(gè)完整的理論钟些,才能嘗試求解烟号。

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