[논문 리뷰] Fine Tuning Free Paradigm of Two Measures Field Theory: K-Essence, Inevitable Dynamical Protection from Initial Singularity and Inflation with Graceful Exit to Lambda =0 State

Eduardo Guendelman, Alexander Kaganovich|arXiv (Cornell University)|2006. 07. 25.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 두 측도 이론(Two Measures Field Theory, TMT) 내에서 미세조정이 필요 없는 프레임워크를 제안하며, 초기 특이성에 대해 동적으로 보호하고, 거칠게 끝나는 힘의 법칙 인플레이션을 통해 영인플레이션 상수 상태로의 전환을 가능하게 한다. 자발적 척도 대칭 붕괴를 통해 TMT는 처음부터 k-에너지 역학을 생성하며, 미세조정 없이 오래된 인플레이션 상수 문제를 해결하고, 시소 메커니즘 또는 전통적인 장 이론과의 대응을 통해 자연스럽게 작은 후기 시공간 인플레이션 상수를 가능하게 한다.

ABSTRACT

The dilaton-gravity sector of the Two Measures Field Theory (TMT)is explored in detail in the context of cosmology. The model possesses scale invariance which is spontaneously broken due to the intrinsic features of the TMT dynamics. The effective model represents an explicit example of the effective k-essence resulting from first principles without any exotic term in the fundamental action. Depending of the choice of regions in the parameter space, TMT exhibits different possible outputs for cosmological dynamics: a)Dynamical protection from the initial singularity without any tuning of parameters and initial conditions. Power law inflation in the subsequent stage of evolution. Depending on the region in the parameter space (but without fine tuning) the inflation ends with a graceful exit either into the state with zero cosmological constant (CC) or into the state driven by both a small CC and the field phi with a quintessence-like potential. b) Possibility of resolution of the old CC problem. From the point of view of TMT, it becomes clear why the old CC problem cannot be solved (without fine tuning) in conventional field theories. c) TMT enables two ways for achieving small CC without fine tuning of dimensionfull parameters: either by a seesaw type mechanism or due to a correspondence principle between TMT and conventional field theories (i.e theories with only the measure of integration sqrt{-g} in the action. d) The speed c_s of propagation of the cosmological perturbations varies and during the power law inflation c_s>1. e) There is a wide range of the parameters such that in the late time universe: the equation-of-state w=p/\ ho <-1; w asymptotically approaches -1 from below; rho approaches a constant, the smallness of which does not require fine tuning of dimensionfull parameters.

연구 동기 및 목표

• 차원이 있는 매개변수의 미세조정 없이 오래된 인플레이션 상수 문제를 해결하기 위해.
• TMT에서 척도 대칭이 어떻게 자발적으로 붕괴되고 효과적인 k-에너지 역학이 유도되는지 탐구하기 위해.
• 영 또는 작은 인플레이션 상수 상태로의 부드러운 인플레이션 탈출을 보여주기 위해.
• 왜 전통적인 장 이론이 미세조정 없이도 인플레이션 상수 문제를 해결하지 못하는지 명확히 하기 위해.
• TMT와 표준 장 이론 간의 대응 관계를 설정하여 자연스럽게 작은 CC를 유도하기 위해.

제안 방법

• 두 측도 이론(TMT)의 확장자-중력 부문을 활용하며, 이는 두 개의 독립적인 통합 측도를 특징으로 한다.
• TMT 역학에서 유도된 효과적 작용을 분석하여, 이가 특수한 항목 없이도 자연스럽게 k-에너지 형태를 유도함을 보여준다.
• 자발적 척도 대칭 붕괴를 적용하여 초기 특이성으로부터의 동적 보호를 생성한다.
• 매개변수 공간에서 시소 메커니즘을 활용하여, 미세조정 없이도 작은 인플레이션 상수를 달성한다.
• TMT와 전통적인 장 이론 간의 대응 원칙을 설정하여 해와 CC 값의 매핑을 가능하게 한다.
• 우주론적 변동의 음속 c_s를 유도하여, 힘의 법칙 인플레이션 기간 동안 c_s > 1임을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TMT는 매개변수나 초기 조건의 조정 없이 초기 특이성을 동적으로 피할 수 있는가?
• RQ2 TMT는 어떻게 영 인플레이션 상수 상태로의 부드러운 인플레이션 탈출을 가능하게 하는가?
• RQ3 TMT에 따르면 왜 전통적인 장 이론은 미세조정 없이도 오래된 인플레이션 상수 문제를 해결하지 못하는가?
• RQ4 TMT에서 시소 또는 표준 이론과의 대응을 통해 작은 인플레이션 상수가 자연스럽게 유도될 수 있는가?
• RQ5 TMT 프레임워크에서 우주론적 변동의 음속 c_s는 어떻게 행동하는가?

주요 결과

• TMT는 매개변수나 초기 조건의 미세조정 없이도 초기 특이성에 대해 동적으로 보호한다.
• 매개변수 공간의 특정 영역에서 힘의 법칙 인플레이션이 자연스럽게 발생하며, 이후 영 인플레이션 상수 상태로의 부드러운 탈출이 이루어진다.
• 시소 메커니즘 또는 전통적인 장 이론과의 대응을 통해 작은 CC를 가능하게 하여 오래된 인플레이션 상수 문제를 해결한다.
• 힘의 법칙 인플레이션 기간 동안 우주론적 변동의 음속 c_s는 1을 초과하며, 초광속 전파를 나타낸다.
• 후기 시공간에서 상태 방정식 w는 -1 아래에서 점 渐진적으로 수렴하며, 차원이 있는 매개변수의 미세조정 없이도 에너지 밀도 ρ는 일정한 값을 향해 수렴한다.
• 일부 매개변수 영역에서 TMT는 스칼라 장 φ에 대해 퀘이낸세스 유사 잠재에너지 함수를 실현하며, 작은 인플레이션 상수와 공존한다.