[論文レビュー] How can Brane World physics influences the formation of a cosmological constant relevant to graviton production

Andrew Beckwith|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、プリ・ビッグバン宇宙論における低エントロピー初期状態と、混合インフレーションの高エネルギー領域との間の矛盾を解消するためのブレーンワールド枠組みを提案する。ホイルマンのスピン-2重力子密度関数と数値シミュレーションを適用することで、プランク時刻に近い最初の10⁻⁴³秒間にわたり、強力な重力子生成が生じることを示し、スケール因子がプランク時刻に近づくと定義不能になるにもかかわらず、初期宇宙の核生成と熱的エネルギー条件の両立を実現する。

ABSTRACT

Primer for how intense graviton production can be obtained in the first 10 to the minus 43 seconds of cosmological inflation. This includes in a table of results in numerical simulation which is an outgrowth of formalism developed by the author in gr-qc/0603021, as well as a discussion of how a very successful Chaplygin Gas model for joint dark matter- dark energy conditions still runs into problems with the difficulties of applying the Friedman equation for time regimes at or smaller than Plancks time, due to the undefinability of the scale factor a(t) in the onset of nucleation of an initial di quark condensate of matter-energy initial conditions for inflationary cosmology. The graviton production model uses a spin two graviton numerical density function developed by Wheeler in the 1970s, and the results in total answer the incongruency of initially postulated low temperature - low entropy conditions for pre big bang cosmology given by Sean Carroll and J. Chen in 2005 with the thermal/ energy regime values associated with chaotic, Guth style quadratic inflation

研究の動機と目的

• プリ・ビッグバン宇宙論における低エントロピー・低温度初期状態と、混合インフレーションの高エネルギー・熱的状態との調和を図ること。
• 初期二クォーク凝縮核生成時にスケール因子a(t)が定義不能となるため、プランク時刻以降のフリードマン方程式の破綻を扱うこと。
• ホイルマンのスピン-2重力子密度関数に基づく形式的枠組みを用いて、最初の10⁻⁴³秒間にわたり強力な重力子生成をモデル化すること。
• 極めて初期の時間的条件下で、統一的ダークマターとダークエネルギーを説明するチャプリンガスモデルの妥当性をテストすること。
• セーン・カーロウとJ. チェンの2005年の低エントロピー仮説と、ガス・スタイルの二次的インフレーションのエネルギー領域との不一致を解消すること。

提案手法

• 1970年代にホイルマンが開発したスピン-2重力子の数値的密度関数を、初期宇宙における重力子生成のモデル化に応用する。
• gr-qc/0603021の形式的枠組みを用いて、宇宙の最初の10⁻⁴³秒間にわたり、重力子生成のダイナミクスをシミュレートする。
• ブレーンワールド条件、特にプランクスケール領域を焦点として、数値的シミュレーションを用いて重力子密度を計算する。
• スケール因子a(t)がプランク時刻に定義不能となるにもかかわらず、チャプリンガスモデルがダークマターとダークエネルギーの統合に適用可能かどうかを分析する。
• 初期二クォーク凝縮核生成が、混合インフレーションに必要な熱的エネルギー条件と整合するかどうかを評価する。
• 古典的宇宙論方程式が破綻するプランクスケールにおける量子重力の制約と、形式的枠組みを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーンワールド枠組みにおいて、初期インフレーションの最初の10⁻⁴³秒間にわたり、どのように強力な重力子生成を達成できるか？
• RQ2 プランク時刻におけるスケール因子a(t)の破綻が、初期宇宙モデルにおけるフリードマン方程式の使用をどの程度無効にするか？
• RQ3 t ≈ 0におけるa(t)の定義不能性を踏まえ、a(t)が定義不能な状態においても、チャプリンガスモデルがダークエネルギーとダークマターの統合に有効であると言えるか？
• RQ4 ホイルマンのスピン-2重力子密度関数は、プリ・ビッグバン宇宙論におけるエントロピー-温度パラドックスをどのように解消するか？
• RQ5 低エントロピー初期状態と、ガス・スタイルの二次的インフレーションの高エネルギー領域との相性はいかがなものか？

主な発見

• 数値的シミュレーションにより、最初の10⁻⁴³秒間にわたり、ブレーンワールドダイナミクスとホイルマンのスピン-2形式的枠組みに整合する強力な重力子生成が確認された。
• 初期二クォーク凝縮核生成時にスケール因子a(t)が定義不能となり、プランクスケールの時間における標準的フリードマン方程式が無効となった。
• t ≤ t_Planckにおいてフリードマン方程式が失敗しても、ブレーンワールド仮定に基づく重力子生成モデルは自己整合的であることが示された。
• a(t)が定義不能であるため、チャプリンガスモデルは初期宇宙論において根本的な課題を抱え、インフレーションの始まりにおける適用性が制限される。
• モデルは、プリ・ビッグバン宇宙論の低エントロピー初期状態と、混合インフレーションの高温度・高エネルギー状態との両立に成功した。
• スピン-2重力子密度関数は、プランク時代における重力子生成の有効なメカニズムを提供し、初期宇宙ダイナミクスにおける主要な不整合を解消した。