[論文レビュー] Milne-like spacetimes and their role in Cosmology

Eric Ling|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 5被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ビッグバンを通過する$C^0$拡張を持つMilneに類似した時空——FLRWモデル——が、自然にスローロールインフレーション期を支持し、ホライズン問題を解決する一貫性のあるフレームワークを提供することを提案している。時空の構造は、すべての共動観測者が拡張内での同一の点から出発することを示唆し、物理的起源の出来事としての解釈を可能にし、摂動に対して安定している。

ABSTRACT

Milne-like spacetimes are a class of FLRW models which admit $C^0$ spacetime extensions through the big bang. The boundary of a Milne-like spacetime can be identified with a null cone in the extension. We find that the comoving observers all emanate from a single point in the extension. This suggests that something physical may have happened there. Next we ask what role these spacetimes have in modern cosmology. We find that Milne-like spacetimes are inconsistent with classical cosmology theory in which a radiation-dominated era follows immediately after the big bang. However, Milne-like spacetimes are consistent with inflationary theory. In fact the very nature of Milne-like spacetimes solves the horizon problem. We note that this has already been observed for the Milne universe in [2] and [25]. Next we show, assuming a finite initial condition on the energy density, that Milne-like spacetimes naturally exhibit a slow-roll inflationary era. This makes Milne-like spacetimes good models for inflationary theory. We also show that Milne-like spacetimes still admit $C^0$ extensions under well-behaved perturbations.

研究の動機と目的

• ビッグバンを通過する$C^0$拡張を許容するMilneに類似した時空が、現代の宇宙論的理論と整合するかどうかを調査すること。
• 特にビッグバン直後の放射支配時代を含む古典的宇宙論とそれらの整合性を評価すること。
• それらがインフレーション的宇宙論において果たす可能性のある役割を探索し、自然にスローロールインフレーション期を生じさせられるかどうかを検討すること。
• 良好な摂動条件下での$C^0$拡張の安定性を検討すること。

提案手法

• 共動測地線の起源と拡張内での光錐境界に注目したMilneに類似した時空の幾何的構造の分析。
• ビッグバン特異点で$C^0$正則性条件を課すことで時空の拡張を可能にするFLRWモデル方程式の適用。
• 特にビッグバン直後の放射支配時代を含む古典的宇宙論とMilneに類似したモデルを比較し、整合性を検証すること。
• 初期時刻におけるエネルギー密度条件の評価により、スローロールインフレーション期の出現を導出すること。
• 良好な条件での時空計量の摂動解析により、$C^0$拡張の安定性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Milneに類似した時空は、特にインフレーション理論を含む現代の宇宙論的枠組みに一貫して埋め込まれるのか？
• RQ2 初期に有限のエネルギー密度条件が課された場合、Milneに類似した時空は自然にスローロールインフレーション期を生じるのか？
• RQ3 Milneに類似した時空はホライズン問題をどのように解決するのか？そのメカニズムは、既知のインフレーション的ダイナミクスと整合的なのか？
• RQ4 良好で小さな摂動の下で、Milneに類似したモデルの$C^0$時空拡張は安定しているのか？

主な発見

• Milneに類似した時空は、ビッグバン直後に即座に放射支配時代が続くと仮定する古典的宇宙論と整合しない。
• これらの時空はインフレーション理論と整合しており、初期に有限のエネルギー密度条件が課された場合、自然にスローロールインフレーション期を示す。
• ホライズン問題は、Milneに類似した時空の幾何的構造によって解決され、すべての共動観測者が時空拡張内での同一の点から出発するためである。
• $C^0$拡張は良好な摂動の下でも保持され、モデルの頑健性を示している。