Real Tunneling Solutions and the Hartle-Hawking Wave Function

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黄老师改的尹赫柱教授来我校为师生做学术报告

黄老师改的尹赫柱教授来我校为师生做学术报告

埃克森美孚石油公司尹赫柱来校作学术报告
作者:地球科学与技术学院:田旭、黄妍琴来源:本站发布时间:2013年03月
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【本站讯】3月16日,应地球科学与技术学院邀请,埃克森美孚石油公司高级地球物理顾问、中国石油大学(华东)客座教授尹赫柱来校为师生作题为“地质导向钻井中的地球
物理问题”的学术报告。

报告中,尹赫柱结合实例,讲述地质导向在高斜井、水平井中的实际应用:利用随钻测井的实测信息,结合钻前利用测井、地震、地质等方面的资料模拟的先导模型,从而调节钻井的方向,指导现场钻井工作。

他与同学们分享了其30年来海外生活的感悟与体会:“急功近利往往事倍功半,机会一定会给予那些踏踏实实,执着前进的人。

”报告会结束后,尹赫柱与师生就相关研究内容进行交流互动,并解答学生的提问。

尹赫柱,1982年毕业于华东石油学院矿场地球物理(测井)专业,先在大庆石油学院任教,后赴美留学,1992年在斯坦福大学获地球物理学博士学位。

先后在斯坦福大学、哥伦比亚大学进行科研活动,1995年加入埃克森(Exxon)公司。

在岩石物理实验、电阻率测井响应正反演模拟、地震资料反演、井眼声波传播及横波的反演与提取、大斜度及水平井地层评价等技术领域开展了大量研究工作并获得很高成就,曾获国际岩石物理学家与测井分析家
协会颁发的杰出技术成就奖。

隧道路面的阻燃沥青应用

隧道路面的阻燃沥青应用

・路桥与建筑工程・隧道路面的阻燃沥青应用李雪峰1,唐奇贵2(1重庆交通大学,重庆400074;2.重庆南岸区管委会,重庆400060)摘 要:随着沥青路面越来越多的应用到隧道路面中,鉴于隧道的火灾安全,其阻燃性能也必须收到相应的重视;针对隧道路面环境特点,探讨了阻燃沥青应用到隧道路面的一些问题,对阻燃剂的选择、阻燃沥青的制备和阻燃性能评价做了分析阐述。

关键词:隧道;沥青路面;阻燃剂;阻燃中图分类号:U44 文献标识码:B 文章编号:1004—5716(2009)04—0181—03 随着国内高速公路的快速发展,公路隧道也越建越多;到2002年,我国公路隧道总数就已建成1782座,总长度达704km[122]。

隧道建设技术取得了全面发展,但是隧道内路面铺装材料及技术方面的研究还相对较少。

目前,沥青路面由于行车舒适,噪音低,抗滑性好,易维修等优点正越来越多地应用到隧道路面中。

然而隧道内应用沥青路面必须面临一个问题———火灾安全问题,因此国内外对阻燃沥青路面进行了一些研究,使沥青路面充分发挥自身优点的同时也能达到隧道内特殊环境对路面的要求。

阻燃沥青路面不仅应该具有一般沥青路面的优良性能,更应该具有相当的安全性。

当隧道内发生火灾时,沥青路面不能助长火灾。

因此针对隧道内路面环境特点研究开发沥青路面阻燃技术就具有十分重大的意义。

对隧道支护参数的确定、支护结构的设计、分析隧道的破坏原因、以及隧道的维护都有重要的意义。

参考文献:[1] 国际岩石力学学会试验方法委员会.确定岩石应力的建议方法[J].岩石力学与工程学报,1988,7(4):3572388. [2] 郭怀志,马启超,等.岩体初始应力场的分析方法[J].岩土工程学报,1983,5(3):68271.[3] 王连捷,潘立宙,廖椿庭,等.地应力测量及其在工程中的应用[M].北京:地质出版社,1991.[4] 廖椿庭,吴满路,张春山,等.青藏高原昆仑山和羊八井现今地应力测量及其工程意义[J].地球学报,23(4):3532357. [5] 苏恺之.地应力测量方法[M].北京:地震出版社,1985:95296.[6] Cave.S.R.,Edwards D.W.,Chemical Process Route Selec2tion Basedon Assessment of Inherent Environmental Hazard [J].Computers&Chemical Engineering,1997,21(1):31236.[7] Chander.R.,On Categorizing induced natural tectonicearthquakes nearnew reservoir[J].Engineering Geology,1997,46(2):81292.[8] Haimson,B.C.(1973)Earthquake related stresses atRangely,Colorado,in Proc.14th US Symp.RockMech.,University Prak,pp.6892708.[9] 李方全,王连捷.华北地区地应力测量[J].地球物理学报,1979,22(1).[10] 李飞,韩国背后岭隧道水压致裂法地应力测量与围岩稳定研究[D].东北大学学位论文,2008.Application on I n2Situ Stress Measurement of H ydraulicF racturing Method in BH L Rock TunnelLi Fei1,Wang Shu2hong1,L I Zheng2ren2,WAN G Sheng1 (1.S chool of Resources&Civil Engineering,N ortheastern Uni2 versit y,S heny ang L iaoning110004,China;2.School of Civil, U rban&Geosystem Engineering,S eoul N ational Universit y,Se2 oul1512742,Korea)Abstract:Based on the measurement data with the in situ hydrau2 lic f racturing method,it introduces that the analysis of the curve about pressure2time and the characteristics of regional stress state of the target region.And it analyzes that the initial rock stress has potent influence on failure and deformation around openings of tunnel.On the basis of data it could optimize the design of the liner,selection of tunnel section and direction of tunnel axes.K ey Words:hydraulic f racturing method;initial stress;rock mass tunnel;stress ratio1812009年第4期 西部探矿工程 1 隧道内环境特点及火灾危害1.1 隧道内路面环境特点隧道内路面与一般路段相比有其特殊性。

天津世纪东大公司引进美国威猛超大型钻机

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津市 相关 领导 、 国商 会 会 长 Jh tis 生 、 美 onWakn 先
完成长距离导 向钻进和扩孔。这两台钻机的引进标 志着威猛超大型钻机成功进人 中国市场 , 提升 了我
国管 道建设 的技 术 水 平 , 标 志着 天 津 世 纪东 大公 也
司成为全 国首家设备装机总量功率最大 , 钻机规格 最齐 全 的 民营企 业 。 美 国威猛制造公司有 6 余年悠久历史 , O 进入中 国市场 2 多年来凭借可靠的性能和出色的品质 , 0 在 国内市场的份额不断扩大 。百莱玛设备有限公司做 为其在 国内的独家代理商 , 不仅为 中国管道建设引 进先进 的施工设备 , 同时凭借全面的专业售后和技 术服务 , 为客户提供 了最重要 的资源及无与伦 比的 质保方案 , 最大地保证 了客户的利益 。使威猛产品
3 张家 口中地装备探矿机械有限公 司 .
1. 6 北京 中地装机械仪器有 限责任公 司 …………… ( 后插 3 )
( 张家 口探矿机械总厂 ) 原 …………………… ( 前插 2 ) 1 . ~3 7 上海地学仪器研究所 …………………………… ( 后插 4 ) 4 地大高科资源探测仪器研究所 ………………… ( . 前插 4 1 . ) 8 北京探矿工程研究所 …………………………… ( 后插 5 )
技术 , 纠偏效果更好, 施工作业质量更高 。
( 自: 选 慧聪 工程机 械 网 2 0 / 0 3 ) 0 9 1 / 0
天 津 世 纪 东 大公 司 引进 美 国威 猛 超 大 型 钻 机
本 刊讯 ,0 9年 1 月 1 3, 津 世 纪 东 大 管 20 1 21 天 道 穿越 工程 有 限 公 司 引 进 美 国 威 猛 ( R E VE ME R) 机 , 以在复杂 地质 条件 下提供 足够 的切 削力 , 而 可 从

基础研究是石油工程高质量发展基石——斯伦贝谢测井科技发展剖析及启示

基础研究是石油工程高质量发展基石——斯伦贝谢测井科技发展剖析及启示

n stries行业422023 / 08 中国石化基础研究是石油工程高质量发展基石——斯伦贝谢测井科技发展剖析及启示斯伦贝谢(SLB)公司的测井技术一直是当今世界测井技术的前沿,世界上第一套数字测井仪、第一套数控测井仪和第一套成像测井仪都出自斯伦贝谢。

科技是斯伦贝谢最重要的发展基石,斯伦贝谢从建立之初就高度重视基础研究和前瞻研究,斯伦贝谢道尔研究中心在电磁学、地声学、核学等方面的基础研究有力支撑了斯伦贝谢测井技术的发展。

剖析研究斯伦贝谢在基础研究方面的布局经验,可为中国石化石油工程在基础研究和前瞻研究方面“下好先手棋、打好主动仗”提供经验借鉴。

斯伦贝谢基础研究的沿革及特点斯伦贝谢高度重视基础前瞻研究,在公司业务稳定后就设立了研究中心开展基础研究和前瞻研究。

1948年,斯伦贝谢在美国康涅狄格州里奇菲尔德成立了研究中心(后更名为斯伦贝谢道尔研究中心),是斯伦贝谢最早开展基础研究的机构,时至今日仍是斯伦贝谢最重要、核心的研究中心,从最初的4个测井学科研究部门发展成为3个测井研究中心。

构建多层级基础研发体系,设立稳定的基础研究机构。

为保证技术的先进性和前瞻性,斯伦贝谢构建多层级研发体系,从事不同层次的基础研究和前瞻研究,分别设立美国道尔研究中心、英国剑桥研究中心和挪威斯塔万格研究中心,主要研究10~50年内不同技术方向不同层次的石油工程技术的基础研究和前瞻研究:道尔研究中心主要进行传感器、数学和建模、油气藏储层、地球科学、机械学和材料科学、碳捕获与封存、机器人等领域基础研究;英国剑桥研究中心主要开展钻完井技术、流体技术、地震以及岩石力学等方面应用研究;挪威斯塔万格研究中心主要致力于地震图像解释、地表和地下测量数据的自动分析和建模等应用研究。

此外,斯伦贝谢在全球还设有11个技术研发中心(包括北京地球科学中心BGC),主要从事石油工程领域10年内的技术和产品研发。

持续打造高水平基础研究团队。

道尔研究中心基础研究团队由来自全球多个国家的科学家和工程师组成,多数都已拿到博士学位,并且具备多年相关行业研究经验。

我所知道的计算流体力学大牛们

我所知道的计算流体力学大牛们

我所知道的计算流体力学大牛们
计算流体力学,也称为CFD,是利用数值模拟的方法来研究物体在介
质流体中的流动状况。

CFD领域有许多杰出的专家。

下面介绍其中的三位
杰出的大牛。

首先,山本武史教授。

这位日本杰出的大牛拥有非常出色的学术能力,他是一位终身教授,是世界著名的计算流体力学专家,曾经获得过广受尊
重的飞行器设计学会的国际最高奖项。

山本武史教授的许多研究成果,包
括在CFD方面的数值模拟和参数化技术,被广泛应用于空气动力学研究当中。

其次,詹宇涵博士是美国加州大学(UC)伯克利分校的教授,也是一
位非常突出的大牛。

他的最新研究成果,包括利用CFD做自适应大气跟踪
以及对航空器飞行器的复杂流动动力学特性的模拟,都被广泛应用于航空
航天领域。

詹宇涵博士还担任过美国航空航天局(NASA)和美国国家科学
基金会(NSF)的多个评估委员会,并且在CFD领域获得过宝贵的贡献奖。

最后,贾康博士是德国柏林工业大学的教授,也是一位十分杰出的大牛。

他致力于利用CFD进行复杂流体动力学研究,特别是针对叶轮流体动
力学、流体弹性和复杂流体过程的模拟。

贾康博士还被授予了多项国际上
很高的认可和奖项,例如洪堡奖和贝尔斯科夫奖。

翻译(赵宏伟)

翻译(赵宏伟)

模型试验动态施工力学效应大跨度岩土隧道©上海交通大学和斯普林格出版社柏林海德堡2011年版文摘:大时间一直是一个争论的焦点为大跨度岩土隧道施工方法。

合理的施工方法对隧道的稳定性和施工进度有很大影响。

变形和失败的围岩是相当复杂的。

关联的大跨度岩土隧道郑州-在中国西安高速客运铁路线,大型模型试验与等比1:20研究在各种施工方法的动态力学行为。

它们包括正面的挖掘支持和不支持,和钳工加工方法的支持。

发现预变形和压力积累发生在工作面。

三种施工方法是进一步研究的影响,尤是在隧道位移和应力变化。

透露,钳工加工方法转移负载unexcavated区域,限制水平变形,有效地减少了应力集中,延长了峰值的位置之间的距离对于应力集中和工作面,从而增加稳定性。

模型试验结果不仅为确定合理的施工方法,提供理论基础但也可以作为参考类似的隧道和地下工程施工。

关键词:物理模型、施工方法、岩土隧道施工力学、稳定CLC号码:你452.2文档代码:0引入大型铁路的快速发展建筑在中国的脸和工作隧道的跨度越来越大。

的关键大跨度隧道的成功一直consid -感染一种高度复杂的问题的观点工程,在很大程度上减少经验公式(1 - 2)提供了良好的结果类似的地质条件。

隧道的建设诱发压力变化对地面与对应荷兰国际集团(ing)位移。

如果采用不当,它会导致更高的工程建设的风险,在-折痕成本,过度的围岩破坏区,甚至隧道崩溃。

演唱和胫骨[3]研究了在支持时间根据新的软岩隧道奥地利隧道的方法。

大量的研究工作完成隧道围岩级别和供给接口技术[4 - 7]。

尽管一些以往的研究进行了失效机理,动态的大跨度岩土隧道和压力的行为工作面与尊重变化——很少研究我们的施工方法(8 - 12)。

通Luo-chuan隧道线路在高的郑州-西安线路高速铁路客运线是两车道的岩土,这是控制工程之一。

工作的区域脸是164平方米,跨度为15.2米。

由于大型跨越,建设的难度大幅增加。

作为由于扰动围岩的构造-,合理的施工方法有影响稳定和工程成本。

阳离子聚合物钻井液在乍得H区块的开发应用

阳离子聚合物钻井液在乍得H区块的开发应用

(I S AT)和胺 基 聚醇 进 行 岩 屑 回收率 实 验 。实 验结 果 表 明 ,以前 使 用 的钻 井 液 体 系 其 岩屑 回收 率 只有 5 .6 ,即使 在 此基 础上 加 入胺 基 聚合 物 ( I T) 89 % SA 、 胺 基 聚 醇 ,回收 率 仍 不理 想 。这 种情 况 说 明 ,原钻
阳离子聚 合物钻 井液
在乍得 H区块的开发应 用
I 姜 治 张 亮, 董学明z 郭 彬t 杨 洪1
I1中国石油集团钻井工程技术研究院; . . 2 中国石油海外勘探开发公 司
摘 要: 乍得 项 目 最初 的钻 井施 工过程 中曾经发生过井壁坍塌、 在 井眼缩径 、 井漏等复杂情况 , 至造成卡钻事故 , 甚 给
22 .. 大 阳离子 优选 实验
实验 配方 具体 如下 :
1为40 . %土+ . 0 %大 阳离子+ . A — V I %胺 2 1 %P C L + . 0 0 基 聚合 物 ( l T) SA 。
2 为 2 %K I0 %大 阳离子 + .%X + .%P C . C+ . 0 5 05 C 1 0 A —
乍 得 H区块打 的第 一 口探井 曾经发生过严 重 的井 眼坍塌情况 ,在我们承担乍得 H区勘探项 目初期 ,钻井
二 是井 眼缩 径严 重 。有 9口井缩径 ,占总井 数 的 5 %,如 R ne一 井 ,起钻 至 1 0 m时发生缩径卡钻 。 6 oi 1 r 45 三 是 井 漏 严 重 。 有 2 口井 发 生 严 重 井 漏 ,如 R neC 一 在钻进至 7 8 oi N 1 r 7 m时每小时漏失 1m ,共漏失 7
10 5 m ,采用堵 漏剂 堵漏对储层 有伤 害。

图拉兹隧道外文翻译—张彦闰

图拉兹隧道外文翻译—张彦闰

土耳其图兹拉隧道在断裂带的开挖摘要图兹拉隧道主要在断裂带开挖,成份是页岩和石灰岩,采用传统的盾构TBM工法进行开挖。

页岩中的断裂带是角砾岩和粘土,灰岩中是块状结构。

为图兹拉隧道断裂带提出的岩石质量评价、岩体分类和支撑系统不够充分,不能说明隧道中遇到的变形和破坏机制。

另外,堤坝曝光、断裂坍塌的溶岩系统以及地下水在隧道开挖过程中都引起了一些问题。

在图拉兹隧道中与断裂带最相关的是隧道掘进机的选择。

在隧道开挖之前,岩石就被认定为质量相当差,因此,在质量相当差的隧道中采用掘进机开挖是不经济的。

然而,在开挖过程中,沿线70%的长度都遇到了质量极差的断裂带,断裂带造成环刀受阻,偏离了隧道走线。

从这个方面来说,采用TBM工法开挖是存在问题的。

在断裂带隧道中遇到的岩土技术问题需要采用特殊的措施。

在采取措施后,通过把隧道周围岩体不均质的情况变成均质,隧道开挖和支护成功完成。

序言即将竣工的图拉兹隧道外径5m,内径4.5m,全长6500km。

这个单管隧道是为污水处理而建,隧道是浅埋隧道,通常到隧道顶部是15-20m,图拉兹隧道开挖在断层带,主要是页岩和石灰岩,在页岩中开凿的隧道通常会膨胀,这可能引起一些岩体塌方或滑落。

在图拉兹隧道调查中没有在页岩中发现膨胀问题,但是占隧道长度70%的断裂带出现在页岩中。

特别是在地壳浅部的图兹拉隧道观察到的页岩脆性剪切带,大部分在地球表面以下5-10km,在这个深度变形是被脆性机理控制的,例如压裂和断层。

实际上,脆性剪切带通常是断裂带,以断层泥和其他角砾岩系列为标志,这种脆性岩石变形,例如由颗粒压碎和剪切颗粒重新定位引起的颗粒大小减少,产生了典型的细粒泥。

在隧道开挖过程中,在断裂带遇到了一些岩土工程问题,比如说掌子面失稳、超挖、由挤压和膨胀断裂岩石引起的较大变形、由流动性地基引发的涌水。

为了评估在图拉兹隧道断层地带遇到的问题及解决方法,在研究中,隧道沿线钻探井的数据、实验室研究和观测、以及一些措施在隧道中都应用了。

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a rXiv:g r-qc/9316v18Jan1993UCD-92-30December 1992gr-qc/9301006Real Tunneling Solutions and the Hartle-Hawking Wave Function S.C arlip ∗Department of Physics University of California Davis,CA 95616USA Abstract A real tunneling solution is an instanton for the Hartle-Hawking path integral with vanishing extrinsic curvature (vanishing “momentum”)at the boundary.Since the final momentum is fixed,its conjugate cannot be specified freely;consequently,such an instanton will contribute to the wave function at only one or a few isolated spatial geometries.I show that these geometries are the extrema of the Hartle-Hawking wave function in the semiclassical approximation,and provide some evidence that with a suitable choice of time parameter,these extrema are the maxima of the wave function at a fixed time.1.IntroductionIn the Hartle-Hawking approach to quantum cosmology[1,2],the wave function of the universe is obtained from a Euclidean path integral over metrics and matterfields on a manifold M with a single boundary component∂M.Such a path integral depends on the induced metric h ab and the matter configurationϕ|∂M on∂M,thus determining a functionalΨ[h,ϕ|∂M]= M [dg][dϕ]exp{−I E[g,ϕ]},(1.1) where the summation represents a sum over topologies.The functionalΨis the Hartle-Hawking wave function,which we are instructed to interpret as an amplitude forfinding a universe characterized by h andϕ|∂M.The Hartle-Hawking approach neatlyfinesses the question of initial conditions by omitting any initial boundary,and it postpones the question of the nature of time in quantum gravity:information about time is hidden in the boundary geometry h,but the path integral can be formulated without making a choice of time explicit.In references[3]and[4],it was shown that the sum over topologies in(1.1)can have a drastic effect on the behavior of the wave function.For most of this paper,this complication will be ignored;we shall focus on the contribution of a singlefixed topology M to the wave function of the universe.In particular,we shall look for the maxima ofΨ,the most probable spatial geometries and matter configurations of the universe.In the saddle point approximation,the wave function(1.1)takes the standard formΨM[h,ϕ|∂M]∼ {¯g,¯ϕ}D M[¯g,¯ϕ]exp{−I E[¯g,¯ϕ]},(1.2) where the the sum is now over classical solutions{¯g,¯ϕ}with the prescribed boundary values, and the prefactor D M is a combination of determinants coming from gauge-fixing and from smallfluctuations around the extrema.In this approximation,it may not always be possible to specify h andϕ|∂M arbitrarily—for a given topology M,some boundary values may not lead to classical solutions—but we certainly have a great deal offlexibility.For instance, given one classical solution,we can cut offa small neighborhood of the boundary to obtain a new solution with the same topology but different boundary data.A given manifold M will therefore contribute to the wave function over a wide range of values of h andϕ|∂M.A particularly interesting class of saddle points consists of the so-called real tunneling geometries[5],solutions of thefield equations for which the metric has Riemannian signature in M and vanishing extrinsic curvature at the boundary∂M.Classically,these are the solutions for which the metric can be smoothly joined to a metric with Lorentzian signature to the future of∂M.∗Real tunneling geometries clearly give the right classical picture of the Hartle-Hawking“no boundary”boundary condition,describing universes characterized by a Lorentzian metric“now”but no initial boundary.Moreover,by analogy with more tractable problems such as pair production in a constant electricfield[6],we expect these solutions to play an important role in the overall behavior of the path integral.Note,however,that a real tunneling solution will typically contribute toΨ[h,ϕ|∂M]at only a few isolated values of h ab.In the Hamiltonian formulation of general relativity,the extrinsic curvature is canonically conjugate to h ab,and we should not expect to be able to freely specify h ab while simultaneously maintaining K ab=0.This conclusion can be checked explicitly in three dimensions withϕ=0andΛ<0:a real tunneling solution is then a hyperbolic three-manifold with a totally geodesic boundary,and for any given topology M, the boundary metric h ab either does not exist(if there is no classical extremum)or is unique.We shall see below that the boundary values of real tunneling solutions are in fact the extrema of the wave functionΨ.In general,these extrema are saddle points rather than maxima.But we shallfind some evidence that with a suitable choice of time parameter,the real tunneling solutions determine the genuine maxima of the Hartle-Hawking wave function at afixed time.2.Scalar FieldsBefore tackling the more difficult problem of gravity,it is instructive to look at the behavior of the“Hartle-Hawking wave function”for a free scalarfield.The Euclidean action for afieldϕin n spacetime dimensions isI E[ϕ]=1g g ab∂aϕ∂bϕ+m2ϕ2 ,(2.1)where for the moment the metric g isfixed.Thefirst variation of the action isδI E[ϕ]=− M d n x√h(δϕ)∇nϕ,(2.2) where∇n is the normal derivative at∂M and∆g=∇a∇a is the Laplacian.Solutions of the classical equations of motion are thus genuine extrema as long asϕisfixed at the boundary.For a free scalarfield,the path integral(1.1)is trivial;the saddle point approximation (1.2)is exact,with D M=det(∆g−m2)−1/2.In this context,equation(2.2)now has a new interpretation:it tells us that if we vary the boundary dataϕ|∂M,the classical action I E[¯ϕ] is extremal when∇n¯ϕvanishes.This is the scalar analog of the condition for a real tunneling solution—a classical solution¯ϕhas afinite-action extension across∂M to a Lorentzian spacetime precisely when∇n¯ϕ=0.We thus see from(1.2)that the scalar Hartle-Hawking wave function has its extrema at precisely the boundary values of the“scalar real tunneling solutions.”We can now ask whether these extrema are maxima.If we restrict our attention to the space of classical solutions,the second variation of the Euclidean action,evaluated at the point∇n¯ϕ=0,isδ2I E[ϕ]= ∂M d n−1x√g g ab∂a(δϕ)∂b(δϕ)+(δϕ)∆g(δϕ) .(2.3) But for variations in the space of classical solutions,(∆g−m2)(δϕ)=0,(2.4)soδ2I E[ϕ]= M d n x√16πGMd n x√8πG∂Md n−1x√g(G ab+Λg ab)δg ab+ ∂M d n−1x√g(G ab+Λg ab)δg ab+ ∂M d n−1x√the gravitational version of equation (2.2).As in the scalar case,this relation tells us that solutions of the classical equations of motion are genuine extrema as long as the metric is fixed on ∂M .But as in the scalar case,it also tells us more:if we vary the boundary data,the extrema of the classical action are precisely the real tunneling solutions,for which K ab =0on ∂M .For the scalar field,the saddle point approximation was exact,and these extrema were also the extrema of the Hartle-Hawking wave function.For gravity,this is no longer true —the prefactor D M in (1.2)can depend nontrivially on the boundary data,and there will be higher loop corrections —but as a first approximation,the real tunneling solutions will again be the extrema of Ψ[h ],with corrections suppressed by powers of Planck’s constant.To determine whether these extrema are maxima,we must again compute the second variation of the Euclidean action at the point K ab =0:16πGδ2I E [g ]= ∂Md n −1x √h γab ∇n γab −12g ab γ).This relation is of the same general form as (2.3),but in contrast to the scalar case,it is not manifestly positive.In particular,let usassume that we can consistently choose harmonic gauge,βa =0(see the Appendix for a brief discussion of this choice).Then using Lichnerowicz’s results for the variation of the Ricci tensor [10],δR ab =−12(γa c R bc +γb c R ac )−γcd R acbd =2Λg ∇c γab ∇c γab −1(n −1)(n −2) γab γab +n −3metric h ab implicitly contains information about time[11],and a movement of the entire boundary∂M corresponds physically to a time translation.It is not so surprising that the wave function has no maxima if such translations are allowed;the more interesting question is whetherΨ[h]has any maxima at afixed time.To answer this question,we must extract information about time from the spatial metric h ab and the extrinsic curvature K ab at the boundary∂M.This is not easy to do,since there is no unique way to parametrize time,but the structure of the real tunneling geometries suggests one natural approach:we can use York’s“extrinsic time”K as a time parameter [12].If we restrict ourselves to“fixed time”variations of the metric,those for which K remains zero,we can eliminate at least some of the negative terms from(3.10).From equations(A.9) and(A.12)of the Appendix,we see that in harmonic gauge,δK=0implies that∇nγ=0.(3.11) On the other hand,equation(3.9)tells us that4Λ∆gγ+action is proportional to the volume of M,and the problem is to show that among hyperbolic metrics on M with K=0on∂M,the metric for which∂M is totally geodesic has the smallest volume.One possible approach is the following.Hyperbolic structures on M—metrics with constant curvature−1—are parametrized by afinite-dimensional moduli space M.It is plausible that the volume of M becomes large outside a compact region of M,where the metric on∂M starts to degenerate.If this is true,and if the volume is a reasonably well-behaved function on M,then it must have a minimum.But among hyperbolic metrics on afixed manifold M,the real tunneling solution is unique,and is the only extremum of the volume;it must therefore be the minimum.It should be stressed that this argument is at best a strategy for a proof;work on this question is in progress.In four dimensions the situation is more complex,since the Weyl tensor in(3.10)need not vanish.The inclusion of matter is likely to provide an added complication.For the moment, it seems difficult to make any definitive statements about the maxima of the Hartle-Hawking wave function for realistic cosmologies.But the partial results from three dimensions suggest a conjecture:that the maxima of the Hartle-Hawking wave function at“time”K=0are precisely the boundary values of the real tunneling solutions.4.ConclusionThe Hartle-Hawking program offers an intriguing approach to quantum cosmology,but it has not been easy to extract predictions from the formalism.Up to now,most work has involved either simple minisuperspace models(for example,[15])or classical or semiclassical approximations[3,4,16,17].It is therefore of some importance to understand how good these approximations are.If the boundary values of real tunneling solutions are the maxima of the Hartle-Hawking wave function,then classical and semiclassical approximations may be reasonably reliable.In particular,the classical signature-changing solutions of the Einstein equations are precisely the real tunneling geometries,and the interesting predictions based on these solutions[17] presuppose that they dominate the quantum wave function.Similarly,investigations of the sum over topologies[3,4,16]have been based on the properties of real tunneling solutions, and may be invalid if the peaks of the wave function lie elsewhere.On the other hand,if the real tunneling contributions are not the maxima of the Hartle-Hawking wave function,this would have interesting implications as well:the wave function would then have no maxima, and would presumably be dominated by behavior near some boundary of the space of spatial geometries.This paper has not answered the question of whether the Hartle-Hawking wave function has maxima.We have seen,however,that if any such maxima exist,they must come from the contributions of real tunneling geometries.In the simple model of quantum gravity in three spacetime dimensions,we have found some reasonably strong evidence that these extrema are indeed maxima,but in realistic four-dimensional gravity the question remains open.AcknowledgementsI would like to thank Joel Hass and GeoffMess for helpful discussions of three-dimensional geometry and topology.This research was supported in part by the U.S.Department of Energy under grant DE-FG03-91ER40674.AppendixIn this appendix,wefill in some of the details in the derivation of equation(3.8)from (3.7).Notefirst that the tangent directions to∂M are defined without reference to the metric on M,so the direction of normal n a is also independent of the metric.We can therefore write1δn a=αn a=g abγ)→βa+(∆gξa+R a bξb).(A.6)2Given the boundary conditions(A.3),D a b=∆gδa b+R a b is a self-adjoint elliptic operator. With appropriate assumptions of smoothness,this means that the equation D a bξb=−βa can be solved,thus transformingβa to zero,unlessβa is itself a zero-mode of D a b.Such zero-modes are rare:in the case of empty space with a negative cosmological constant,for instance,the eigenvalues of D are strictly negative.To postpone dealing with the exceptional cases when D has zero-modes,however,we shall not yet impose any condition onβa.We can now evaluate the variation of the extrinsic curvature K ab:δK ab=h a c∇cδn b−1h a c∇nγbc=12where the fact that∇a n b=0on∂M has been used repeatedly.ThusγabδK ab=1γab∇nγab−2α∇nα,(A.8)2andδK=g abδK ab=1h γab∇nγab−γ∇nγ+2γ∇nα+2α∇nγ−8α∇nα .(A.11) This equation can be further simplified by noting thatn aβa=n a∇bγab−12∇nγ=2∇nα+h b c∇c(2αn b)−12∇nγ,(A.12) leading directly to equation(3.8).References[1]S.W.Hawking,in General Relativity:An Einstein Centenary Survey,S.W.Hawkingand W.Israel,editors(Cambridge University Press,1979).[2]J.B.Hartle and S.W.Hawking,Phys.Rev.D28,2960(1983).[3]S.Carlip,Phys.Rev.D46(1992)4387.[4]S.Carlip,“The sum over topologies in three-dimensional Euclidean quantum gravity,”to appear in Class.Quantum Gravity.[5]G.W.Gibbons and J.B.Hartle,Phys.Rev.D42,2458(1990).[6]A.Vilenkin,Phys.Rev.D27,2848(1983).[7]R.Forman,Invent.Math.88,477(1987).[8]S.Carlip,M.Clements,and S.Della Pietra,Commun.Math.Phys.127,253(1990).[9]R.M.Wald,General Relativity(University of Chicago Press,1984),chapter7.[10]A.Lichnerowicz,Pub.Math.IHES10,293(1961).[11]R.F.Baierlein,D.H.Sharp,and J.A.Wheeler,Phys.Rev.126,1864(1962).[12]J.W.York,Phys.Rev.Lett.28,1082(1972).[13]J.A.Wolf,Spaces of Constant Curvature(Publish or Perish,1977).[14]D.B.Ray,Adv.Math.4,109(1970).[15]S.W.Hawking,in300Years of Gravitation,S.W.Hawking and W.Israel,editors(Cambridge University Press,1987).[16]Y.Fujiwara et al.,Phys.Rev.D44,1756(1991);Phys.Rev.D44,1763(1991).[17]S.A.Hayward,“On cosmological isotropy,quantum cosmology and the Weyl curvaturehypothesis,”Max Planck Institut f¨u r Astrophysik preprint,1992.。

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