[論文レビュー] Inflationary Theory versus Ekpyrotic/Cyclic Scenario

Andrei Linde|ArXiv.org|May 26, 2002

Economic theories and models参考文献 74被引用数 30

ひとこと要約

この論文は、エイプロティックおよびサイクル的宇宙論的シナリオが、標準宇宙論の主な問題——平坦性、均一性、エントロピー——を解決しないこと、そして特異点問題を解消しないことを主張している。代わりに、特異点の後に標準的なカオス的インフレーションの段階を追加することで、モデルが単純化され、密度揺らぎを生成する標準的メカニズムが回復され、サイクル的シナリオが従来のカオス的インフレーションと観測的に区別できないものになると提言している。

ABSTRACT

I will discuss the development of inflationary theory and its present status, as well as some recent attempts to suggest an alternative to inflation. In particular, I will argue that the ekpyrotic scenario in its original form does not solve any of the major cosmological problems. Meanwhile, the cyclic scenario is not an alternative to inflation but rather a complicated version of inflationary theory. This scenario does not solve the flatness and entropy problems, and it suffers from the singularity problem. We describe many other problems that need to be resolved in order to realize a cyclic regime in this scenario, produce density perturbations of a desirable magnitude, and preserve them after the singularity. We propose several modifications of this scenario and conclude that the best way to improve it is to add a usual stage of inflation after the singularity and use that inflationary stage to generate perturbations in the standard way. This modification significantly simplifies the cyclic scenario, eliminates all of its numerous problems, and makes it equivalent to the usual chaotic inflation scenario.

研究の動機と目的

• エイプロティックおよびサイクル的シナリオがインフレーション宇宙論の代替案として成立するかどうかを評価すること。
• エイプロティック／サイクル的モデルに内在する根本的欠陥、特に平坦性、エントロピー、特異点問題に関して特定すること。
• 特異点の後に標準的インフレーション段階を導入することで、コア問題を解消した修正されたサイクル的シナリオを提唱すること。
• 修正されたサイクル的シナリオが標準的カオス的インフレーションと観測的に同一視可能であることを示すこと。
• このような複雑な代替案の持続が、インフレーション理論の強固さと成功を裏付けるものであると主張すること。

提案手法

• 元来のエイプロティックシナリオを分析し、平坦性およびエントロピー問題を解決できないことを特定する。
• 無限のインフレーションサイクルが特異点で分離されるサイクル的シナリオの依存性を検討し、特異点における未解決の物理的問題を明らかにする。
• スカラー場φの大きな正負の値においてポテンシャルが正であるように変更することで、インフレーションサイクルの数を倍増させる。
• 特異点後の段階としてカオス的インフレーションを導入し、標準的メカニズムにより密度揺らぎを生成する。
• この修正がモデルを標準的カオス的インフレーションと観測的に区別不能にすることを示す。
• 負のポテンシャル最小値の除去により、モデルが標準的自己複製的カオス的インフレーション状態に単純化されることを主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エイプロティック／サイクル的シナリオは、標準宇宙論の平坦性およびエントロピー問題を効果的に解決できるか？
• RQ2 サイクル的シナリオは特異点問題を回避できるのか？ そして特異点における物理法則は十分に理解されているか？
• RQ3 サイクル的モデルにおける密度揺らぎは、適切な振幅とスペクトルを保ちながら生成され、維持されるのか？
• RQ4 サイクル的シナリオは真のインフレーションの代替案であるのか、それともより複雑なフレームワークにインフレーションを埋め込んだにすぎないのか？
• RQ5 サイクル的モデルの特異点の後に標準的なカオス的インフレーション段階を追加した場合、どのような結果が得られるか？

主な発見

• 元来の形でのエイプロティックシナリオは、平坦性、均一性、エントロピー問題を解決できない。
• サイクル的シナリオはインフレーションの真の代替案ではなく、依然としてインフレーションに依存する複雑な変種にすぎない。
• サイクル的モデルは特異点問題を抱えており、特異点における物理法則は未解決で問題をはらんでいる。
• サイクル的シナリオにおける密度揺らぎは信頼性が低く、生成および維持のメカニズムは不明瞭である。
• 特異点の後に標準的なカオス的インフレーション段階を追加することで、揺らぎ生成問題が解決され、モデルは標準的カオス的インフレーションと観測的に同一視可能になる。
• モデルの最も単純で一貫性のある形態は、特異点や複雑なサイクル構造を避ける標準的カオス的インフレーション状態である。