[논문 리뷰] Inflationary Theory versus Ekpyrotic/Cyclic Scenario

Andrei Linde|ArXiv.org|2002. 05. 26.

Economic theories and models참고 문헌 74인용 수 30

한 줄 요약

이 논문은 에이크피로틱 및 사이클릭 우주론적 시나리오가 표준 우주론의 주요 문제들—평탄성, 균일성, 엔트로피—을 해결하지 못하며, 싱귤라리티 문제를 제거하지 못한다고 주장한다. 대신, 싱귤라리티 이후에 표준 단계의 혼돈적 인플레이션을 추가하면 모델이 단순화되고, 표준 밀도 변동의 생성 메커니즘이 복원되며, 관측적으로 전통적인 혼돈적 인플레이션과 구별되지 않는다는 것을 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 에이크피로틱 및 사이클릭 시나리오가 인플레이션 우주론의 대안으로서의 타당성을 평가하기 위해.
• 에이크피로틱/사이클릭 모델의 근본적 결함, 특히 평탄성 문제, 엔트로피 문제, 싱귤라리티 문제에 대해 규명하기 위해.
• 싱귤라리티 이후 표준 인플레이션 단계를 도입함으로써 핵심 문제를 해결한 수정된 사이클릭 시나리오를 제안하기 위해.
• 수정된 사이클릭 시나리오가 표준 혼돈적 인플레이션과 관측적으로 동일하게 되어, 복잡한 구조가 필요로 하지 않는다는 것을 보여주기 위해.
• 이러한 복잡한 대안의 지속성이 인플레이션 이론의 강력함과 성공함을 입증한다는 주장을 펼치기 위해.

제안 방법

• 원래의 에이크피로틱 시나리오를 분석하고 평탄성 문제와 엔트로피 문제를 해결하지 못한다는 점을 규명한다.
• 무한한 인플레이션 사이클이 싱귤라리티로 분리된 사이클릭 시나리오의 의존성을 분석하며, 싱귤라리티에서의 미해결 물리 문제를 지적한다.
• 스칼라 장 φ의 큰 양수 및 음수 값에서 포텐셜이 양수임을 보장하기 위해 포텐셜을 수정함으로써, 인플레이션 사이클의 수를 두 배로 늘린다.
• 밀도 변동을 표준 메커니즘으로 생성하기 위해 싱귤라리티 이후 혼돈적 인플레이션 단계를 도입한다.
• 이 수정이 모델을 표준 혼돈적 인플레이션과 관측적으로 구별되지 않게 한다는 것을 보여준다.
• 음의 포텐셜 최소값을 제거함으로써 모델이 표준 자가재생 혼돈적 인플레이션 시나리오로 단순화된다는 것을 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에이크피로틱/사이클릭 시나리오는 표준 우주론의 평탄성 문제와 엔트로피 문제를 성공적으로 해결할 수 있는가?
• RQ2 사이클릭 시나리오는 싱귤라리티 문제를 피할 수 있으며, 싱귤라리티에서의 물리 법칙은 잘 이해된 상태인가?
• RQ3 사이클릭 모델에서 밀도 변동은 적절한 진폭과 스펙트럼을 유지하면서 생성되고 유지되는가?
• RQ4 사이클릭 시나리오는 진정으로 인플레이션의 대안인가, 아니면 더 복잡한 프레임워크 안에 인플레이션을 내장한 것인가?
• RQ5 만약 사이클릭 모델의 싱귤라리티 이후에 표준 단계의 혼돈적 인플레이션을 추가한다면 어떤 결과가 도출되는가?

주요 결과

• 원래 형태의 에이크피로틱 시나리오는 평탄성 문제, 균일성 문제, 엔트로피 문제를 해결하지 못한다.
• 사이클릭 시나리오는 진정한 인플레이션 대안이 아니라 여전히 인플레이션을 필요로 하는 복잡한 변형일 뿐이다.
• 사이클릭 모델은 싱귤라리티 문제를 야기하며, 싱귤라리티에서의 물리 법칙은 여전히 알려져 있지 않다.
• 사이클릭 시나리오의 밀도 변동은 신뢰할 수 없게 생성되거나 유지되며, 메커니즘은 모호하다.
• 싱귤라리티 이후 표준 단계의 혼돈적 인플레이션을 추가하면 변동 생성 문제를 해결하고, 모델을 표준 혼돈적 인플레이션과 관측적으로 동일하게 만든다.
• 가장 단순하고 일관된 모델은 싱귤라리티와 복잡한 사이클릭 구조를 피하는 표준 혼돈적 인플레이션 시나리오이다.