[논문 리뷰] No Swiss-cheese on the brane

L. Gergely|arXiv (Cornell University)|2004. 01. 01.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 아인슈타인-스트로우스 스위스치즈 모델의 브레인 월드 일반화를 조사하며, 경계 운동과 유체 압력이 수정되더라도, 접합 조건과 수정된 우주론적 진화로 인해 정적인 브레인은 존재할 수 없음을 밝혀낸다. 이 결과는 브레인 상에서 정적인 스위스치즈 우주는 불가능하며, 일반 상대성 이론의 결론을 그대로 따르는 것으로 확인된다.

ABSTRACT

We study the possibility of brane-world generalization of the Einstein-Straus Swiss-cheese cosmological model. We find the modifications induced by the brane-world scenario. At a first glance only the motion of the boundary is modified and the fluid in the exterior region is allowed to have pressure. The general relativistic Einstein-Straus model emerges in the low density limit. By imposing that the brane is static, a combination of the junction conditions and modified cosmological evolution leads to the conclusion that the brane is flat. Thus no static Swiss-cheese universe can exist on the brane. The conclusion is not altered by the introduction of a cosmological constant in the FLRW regions. This result mimics a similar general relativistic result: static Einstein-Straus universes do not exist.

연구 동기 및 목표

• 아인슈타인-스트로우스 스위스치즈 모델이 브레인 월드 시나리오 내에서 일반화될 수 있는지 탐색하기.
• 특히 접합 조건과 유체 거동에서 유도되는 브레인 월드 물리학에 의한 모델 수정을 규명하기.
• 이 틀 안에서 정적인 브레인 해—일반 상대성 이론의 정적인 아인슈타인-스트로우스 우주와 유사한 것—가 존재할 수 있는지 판단하기.
• FLRW 영역 내 우주상수의 역할이 정적인 브레인 가능성에 미치는 영향을 평가하기.

제안 방법

• FLRW 배경에서 구형 공동이 있는 브레인 월드 설정의 접합 조건을 수립하기.
• 유도된 중력과 고차원 보정을 포함한 수정된 아인슈타인 방정식을 브레인 상에 적용하기.
• 정적인 브레인 조건 하에서 경계 표면의 역학 분석하기.
• 브레인 상에서 수정된 프리드만 방정식을 사용해 우주론적 진화 제약 유도하기.
• 정적인 브레인 조건을 도입해 기하학적 및 물질 내용의 일관성 조건 유도하기.
• 외부 FLRW 영역에 우주상수가 포함될 경우 정적 해 가능성에 미치는 영향 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수정된 접합 조건과 브레인 월드 중력 하에서 정적인 브레인 월드 스위스치즈 우주는 구성될 수 있는가?
• RQ2 브레인 월드 보정은 스위스치즈 모델에서 경계의 운동과 유체 성질에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 FLRW 영역에 우주상수가 포함될 경우 정적인 브레인 해가 가능해지는가?
• RQ4 접합 조건과 수정된 우주론적 진화의 조합이 브레인 기하학에 미치는 제약는 무엇인가?
• RQ5 브레인 월드 프레임워크는 일반 상대성 이론의 아인슈타인-스트로우스 우주와 유사한 정적 해를 허용하는가?

주요 결과

• 정적인 브레인은 브레인 상의 접합 조건과 수정된 우주론적 진화의 병합된 제약로 인해 스위스치즈 모델에서 불가능하다.
• 정적인 조건이 적용될 경우 브레인은 평탄해야 하며, 곡률가 있거나 비자명한 기하학은 배제된다.
• 브레인 월드 프레임워크의 저밀도 근사에서 일반 상대성 이론의 아인슈타인-스트로우스 모델이 복원된다.
• FLRW 영역에 우주상수가 도입되더라도 정적인 브레인 해는 가능하지 않다.
• 브레인 상에서 정적인 스위스치즈 우주의 불가능성은 잘 알려진 일반 상대성 이론 결과를 그대로 따르며, 저에너지 근사에서 표준 중력과의 일관성을 확인한다.