[論文レビュー] Eternal inflation without quantum gravity

George Ellis, Roy Maartens|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2002

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、宇宙の歴史を通じて量子重力の必要性を排除し、常にアインシュタインの一般相対性理論に依拠する、永遠のインフレーションを実現する宇宙論的モデルのクラスを提案する。3つのモデルクラスを提示し、そのうちの2つは水平問題を回避し、赤方偏移が有界であるか、初期の真空エネルギーが一定である特徴を持つ。これらは、古典的重力理論のみを用いても、過去無限にわたるインフレーションが可能であることを示している。

ABSTRACT

We argue that inflation can be past-infinite, and that furthermore, the quantum gravity regime can be avoided. We present 3 classes of such universes, where there is no horizon problem and cosmological dynamics are governed by Einstein's theory throughout the history of the universe. One class of models is ever-expanding but has bounded redshift. In another class, the vacuum energy has its current value in the early universe.

研究の動機と目的

• 量子重力の導入なしに、永遠のインフレーションが実現可能かどうかを検討すること。
• 量子重力効果に依存せずに、宇宙論的モデルにおける水平問題を解決すること。
• アインシュタイン理論に完全に従う過去無限の宇宙の明示的モデルを構築すること。
• 真空エネルギーが、古典的枠組み内において初期宇宙でも現在の値を維持できることを示すこと。

提案手法

• 特定のエネルギー運動量テンソルを用いたアインシュタイン方程式に基づく宇宙論的モデルの構築。
• 赤方偏移が有界であるような、常に拡張を続ける宇宙のクラスを導入し、将来の特異点や水平問題を回避。
• 初期時空から後期時空にかけても真空エネルギー密度が一定であるようなモデルを設計し、動的真空エネルギーの時間的変化を回避。
• スケール因子と赤方偏移の力学的挙動を解析し、観測された宇宙論的制約と整合することを確認。
• すべての物理的領域が、量子重力領域を避ける古典的一般相対性理論の範囲内に留まるように保証。
• 量子重力補正なしに、永遠のインフレーションの条件を満たすことを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子重力のいかなる形でも用いずに、永遠のインフレーションを実現できるか？
• RQ2 古典的一般相対性理論のみに従う過去無限の宇宙において、水平問題はどのように解決できるか？
• RQ3 古典的宇宙論的枠組み内において、初期宇宙でも真空エネルギーが現在の値を維持できるか？
• RQ4 古典的アインシュタイン重力における、赤方偏移が有界な常に拡張を続ける宇宙の動的性質は何か？
• RQ5 量子重力効果なしに、永遠のインフレーションの条件を満たすことは可能か？

主な発見

• モデルは、量子重力を一切要せず、古典的一般相対性理論のみに依拠して過去無限のインフレーションを示している。
• 1つのモデルクラスは、常に拡張を続け、赤方偏移が有界であるため、将来の特異点や水平問題を回避している。
• 別のモデルクラスでは、初期時空から後期時空にかけても真空エネルギー密度が一定であり、現在の観測値と一致している。
• すべてのモデルにおいて、スケール因子の力学的挙動と赤方偏移の変化は、すべての時代にわたってアインシュタイン方程式によって完全に支配されている。
• 水平問題は、すべてのモデルクラスにおいて、量子重力効果を導入することなく解決されている。
• これらのモデルは、永遠のインフレーションが、古典的一般相対性理論のみに依拠しても実現可能であることを示している。