[論文レビュー] Beyond adiabatic approximation in Big Bang Cosmology: hydrodynamics, resurgence and entropy production in the Universe

Alex Buchel, Michał P. Heller+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、スケール因子の微分展開を用いて、フリードマン＝ラマイトル・ロバートソン・ウォーカー宇宙における非平衡エントロピー生成を計算するホログラフィック枠組みを構築する。エントロピー級数が漸近的で、再発的（resurgent）であることが明らかになり、ボイド・ビジコジティの近似が、微視的パラメータに応じて、後期のエントロピー生成を著しく過大または過小評価する可能性があることが示された。

ABSTRACT

We use holography for the ab-initio determination of the non-equilibrium behavior of matter in a Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker Universe. We focus on matter without scale invariance and develop an expansion for the corresponding entropy production in terms of the derivatives of the cosmological scale factor. We show that the resulting series is asymptotic and we discuss its resurgent properties. Finally, we compute the resummed entropy production rate in de Sitter Universe at late times and show that the leading order approximation given by bulk viscosity effects can strongly overestimate/underestimate the rate depending on the microscopic parameters.

研究の動機と目的

• 拡張する宇宙におけるスケール不変でない物質の非平衡ダイナミクスを理解すること。
• 宇宙論的スケール因子の微分を用いたエントロピー生成の体系的展開を導出すること。
• 得られたエントロピー級数の漸近的および再発的性質を分析すること。
• 後期の de Sitter 軌道時空における再結合されたエントロピー生成率を計算すること。
• エントロピー生成を推定する際のボイド・ビジコジティ近似の信頼性を評価すること。

提案手法

• フリードマン＝ラマイトル・ロバートソン・ウォーカー宇宙における物質の非平衡的挙動をモデル化するためのホログラフィーの適用。
• スケール因子の時間微分のべき級数としてエントロピー生成の微分展開を構築すること。
• 得られた級数を漸近的であるとみなして解析し、再発的構造を同定すること。
• 再発的理論を用いて発散する級数を再結合し、物理的レートを抽出すること。
• 後期の de Sitter 空間における再結合されたエントロピー生成率を計算すること。
• 再結合結果と一次近似のボイド・ビジコジティ近似を比較し、その精度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 断熱近似を超えたスケール不変でない非平衡的宇宙論的流体におけるエントロピー生成率は、どのように振る舞うか？
• RQ2 スケール因子の微分を用いたエントロピー生成級数の数学的構造は何か？
• RQ3 再発的性質は、漸近的エントロピー級数の再結合にどのように影響するか？
• RQ4 ボイド・ビジコジティ近似は、どの程度後期のエントロピー生成を正確に記述できるか？
• RQ5 微視的パラメータは、エントロピー率推定におけるボイド・ビジコジティ近似の信頼性にどのように影響するか？

主な発見

• 微分展開から得られたエントロピー生成級数は漸近的であり、有限項を超えて発散することを示唆している。
• 級数は再発的性質を示しており、摂動的および非摂動的寄与の間の深い関係を示している。
• 級数の再結合により、後期の de Sitter 時空における有限で物理的なエントロピー生成率が得られた。
• 一次近似のボイド・ビジコジティ近似は、系の微視的パラメータに応じて、真のエントロピー生成率を過大または過小に評価する可能性がある。
• ボイド・ビジコジティ推定値と再結合結果の乖離は、後期宇宙論的エントロピー生成において非摂動的効果の重要性を強調している。