[논문 리뷰] On Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker cosmologies in non-standard gravity

Diego Sáez-Chillón Gómez|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 05.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 280인용 수 7

한 줄 요약

이 학위 논문은 f(R) 중력, 호라바-리프시츠 중력, 스칼라-텐서 모델을 포함한 비표준 중력 이론에서 프리드만-레마트르-로버트슨-워커(FLRW) 우주론을 재구성하여 초기 시기의 인플레이션과 만기 시기의 가속 팽창을 통합한다. 이는 레이저 대칭성 위반에도 불구하고 안정적인 디Sitter 시공간이 자연스러운 진공 상태로 나타나며, 수정된 중력 이론 내에서 타당한 우주론적 해가 일관되게 재현될 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

The present thesis is focused on the study of FLRW cosmology in modified gravities and with scalar fields. The mystery of dark energy has made that the last decade, many efforts in theoretical physics have been focused on the explanation of the current acceleration of the Universe expansion. On the other hand, an early accelerated epoch, known as inflation, is also required in the standard cosmological model in order to fit the observational data. Here, we study the possibility to explain both effects under the same mechanism, by means of scalar fields or modified gravity. In this sense, F(R) and Gauss-Bonnet gravities are studied. This analysis is also extended to Hořava-Lifshitz gravity, a theory that seems to be power counting renormalizable, in spite of it contains other serious problems that are also discussed in the thesis.

연구 동기 및 목표

• 수정된 중력 이론을 사용하여 단일 이론적 프레임워크 내에서 초기 시기의 인플레이션과 만기 시기의 우주 가속 팽창을 통합하기.
• 스칼라-텐서 및 f(R) 중력 이론 이론이 국소 중력 시험을 유지하면서 전체 우주 진화를 재현할 수 있는지 조사하기.
• 호라바-리프시츠 중력 이론이 미래의 특이성이 없는 조건에서 인플레이션과 어둠의 에너지를 기술하는 데 타당한지 탐색하기.
• 우주론적 해의 변동에 대한 안정성과 수정된 중력 내 스칼라 모드의 역할 평가하기.
• 미래의 특이성이 있는 우주론적 모델이 엔트로피 한계를 위반하는지, 그리고 양자 효과가 이를 어떻게 影향할 수 있는지 검토하기.

제안 방법

• FLRW 시공간에서 재구성 방법을 사용: 주어진 스케일 인플레이션 a(t)로부터 f(R) 또는 스칼라-텐서 중력 이론의 해당 작용 유도하기.
• 아인슈타인 프레임 변환을 적용하여 조던-프레임 스칼라-텐서 이론(예: 브란스-딕)을 f(R) 중력과 연결하여 우주론적 해석 분석 가능하게 하기.
• 호라바-리프시츠 중력 내에서 주어진 우주 진화(예: 인플레이션 및 어둠의 에너지 시기)를 재현할 수 있도록 f(Ṙ) 중력 작용 구축하기.
• 저에너지 근처에서 스칼라 모드의 행동을 분석하여 디Sitter 및 민코프스키 해의 안정성 평가하기.
• 카시미어 에너지 및 등각 비대칭성과 같은 양자역학적 효과를 포함하여 미래의 특이성에 미치는 영향 연구하기.
• 미래의 특이성이 있는 우주론에서 공변 엔트로피 한계와 일반화된 CV 공식의 타당성 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 수정된 중력 이론이 FLRW 우주론에서 인플레이션과 만기 시기 가속 팽창을 모두 재현할 수 있는가?
• RQ2 f(R) 및 호라바-리프시츠 중력 이론 내 스칼라 모드가 디Sitter 및 민코프스키 시공간의 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 카시미어 효과나 등각 비대칭성과 같은 양자 보정이 미래의 특이성 근처에서 동역학을 어느 정도 변화시키는가?
• RQ4 미래의 특이성이 있는 우주론이 보편 엔트로피 한계를 위반하는가, 만약 그렇다면 어느 단계에서 위반이 발생하는가?
• RQ5 일반화된 공변 엔트로피 한계(CV 공식)는 특이성이 있는 우주론적 모델에 일관되게 적용될 수 있는가?

주요 결과

• f(Ṙ) 중력 이론 내에서 호라바-리프시츠 프레임워크를 사용하여 물질 지배, 인플레이션, 어둠의 에너지 시기 포함 모든 FLRW 우주론적 해를 재구성할 수 있다.
• 미니멀리즘 시공간이 스칼라-0 모드로 인해 불안정할 수 있음에도 불구하고, f(Ṙ) 중력 이론 내에서 안정적인 디Sitter 시공간이 자연스러운 진공 해로 나타난다.
• 호라바-리프시츠 중력 이론에 U(1) 대칭성을 포함하면 저에너지 근처에서 일반 상대성의 보존이 회복되어 일관성이 향상된다.
• 미래의 특이성이 있는 우주론적 모델은 특이성이 발생하기 이르게도 보편 엔트로피 한계를 위반하며, 이는 이러한 한계의 붕괴를 시사한다.
• 카시미어 에너지와 같은 양자역학적 효과는 빅리프 특이성을 치유하지 못하지만, 밀도가 감소하는 효과적인 복사 유체로 작용할 수 있다.
• 일반화된 CV 공식은 보편적으로 성립하지 않으며 특수한 경우에만 유효하므로 일반적인 우주론적 모델에 대한 적용 범위가 제한된다.