[논문 리뷰] Beyond adiabatic approximation in Big Bang Cosmology: hydrodynamics, resurgence and entropy production in the Universe

Alex Buchel, Michał P. Heller외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 17.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 스케일 인자에 대한 도함수 전개를 사용하여 프리드만-레마트르-로버트슨-워커 우주에서 비평형 엔트로피 생성을 계산하기 위한 허모그래픽 프레임워크를 개발한다. 엔트로피 급수는 점점 커지며, 복귀성 구조를 띠며, 부피 점성 근사치가 미세 구조적 매개변수에 따라 후기 시점의 엔트로피 생성을 크게 과소 또는 과대평가할 수 있음을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 확장하는 우주에서 척도 불변이 아닌 물질의 비평형 역학을 이해하기 위해.
• 우주 스케일 인자의 도함수로 엔트로피 생성에 대한 체계적인 전개를 유도하기 위해.
• 유도된 엔트로피 급수의 점점 커지는 성질과 복귀성 성질을 분석하기 위해.
• 디Sitter 시공간에서 후기 시점에 복귀된 엔트로피 생성률을 계산하기 위해.
• 엔트로피 생성을 추정할 때 부피 점성 근사치의 신뢰성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 프리드만-레마트르-로버트슨-워커 우주에서 물질의 비평형 거동을 모델링하기 위해 허모그래피를 활용하기 위해.
• 스케일 인자의 시간 도함수의 거듭제곱으로 엔트로피 생성의 도함수 전개를 구성하기 위해.
• 유도된 급수를 점점 커지는 것으로 분석하고, 그 복귀성 구조를 식별하기 위해.
• 복귀성 이론을 사용하여 발산하는 급수를 복귀하고 물리적 비율을 추출하기 위해.
• 디Sitter 공간에서 후기 시점에 복귀된 엔트로피 생성률을 계산하기 위해.
• 복귀된 결과를 주요 차수의 부피 점성 근사치와 비교하여 정확도를 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 등온 근사 이외의 척도 불변이 아닌 비평형 천체물질 유체에서 엔트로피 생성률은 어떻게 행동하는가?
• RQ2 스케일 인자 도함수의 관점에서 엔트로피 생성 급수의 수학적 구조는 무엇인가?
• RQ3 복귀성 성질은 점점 커지는 엔트로피 급수의 복귀에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 부피 점성 근사치는 얼마나 정확하게 후기 시점의 엔트로피 생성을 기술하는가?
• RQ5 미세 구조적 매개변수는 엔트로피 비율 추정에서 부피 점성 근사치의 신뢰성에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 도함수 전개에서 유도된 엔트로피 생성 급수는 점점 커지며, 유한한 항 수 이후에 발산함을 나타낸다.
• 급수는 복귀성 성질을 보이며, 이는 페르투르바티브 및 비페르투르바티브 기여 간의 깊은 연결을 암시한다.
• 급수의 복귀는 디Sitter 시공간에서 후기 시점에 유한하고 물리적인 엔트로피 생성률을 도출한다.
• 주요 차수의 부피 점성 근사치는 시스템의 미세 구조적 매개변수에 따라 진짜 엔트로피 생성률을 크게 과소 또는 과대평가할 수 있다.
• 부피 점성 추정치와 복귀된 결과 간의 격차는 후기 시점의 천체물질 엔트로피 생성에서 비페르투르바티브 효과의 중요성을 강조한다.