[논문 리뷰] On initial conditions for inflationary and bouncing cosmologies

D. H. Coule|arXiv (Cornell University)|2007. 06. 01.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 14인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 초기 및 만기 우주론에서 스칼라 장에 의한 인플레이션의 초깃값 문제를 조사하며, 표준 양자 우주론이 매우 다른 에너지 스케일에서 암흑 에너지 장의 대규모 균일성을 설명하는 데 어려움을 겪는다고 주장한다. 이는 빛의 붕괴 또는 창조 사건에서 낮은 엔트로피 경계 조건이 없으면, 루프 양자 우주론조차도 지속적인 만기 인플레이션 단계를 자연스럽게 생성할 수 없다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We consider the question of deriving initial conditions for scalar fields in driving both an early and late quintessence phase. The dark energy field presents an unresolved uniformity problem. Further difficulties with initial conditions for assisted, kinetic and phantom inflation are presented. We review the use of the canonical measure and find the negative conclusions of Gibbons and Hawking can be allayed by means of a reasonable quantum cosmological input. We remark upon some attempts at incorporating inflationary schemes into cyclic and bouncing models.

연구 동기 및 목표

• 만기 암흑 에너지 구동 인플레이션에 필요한 대규모 균일성에 도달할 수 있는 스칼라 장의 방법을 해결하기 위한 불확실한 문제를 다루기.
• 쿼린티세스, 운동 에너지, 판드라, 보조 인플레이션 모델이 만기 가속화 후보로써의 타당성을 평가하기.
• 양자 우주론적 측도나 수정된 중력 이론이 두 개의 별개의 인플레이션 단계에 대해 일관된 초깃값을 제공할 수 있는지 평가하기.
• 고차 도함수 중력 모델이 안정적이고 균일한 인플레이션 단계를 지지하는 데서 겪는 한계를 검토하기.

제안 방법

• 에너지 밀도 및 압력 방정식 (1)과 (2)를 사용하여 FRW 우주론에서 스칼라 장 역학을 분석하며, 운동 에너지, 기울기 및 위치 에너지 지배를 중심으로 다룬다.
• 표준 측도 논증을 적용하여 단일 단계 인플레이션을 예측하며, 합리적인 양자 우주론적 입력이 있으면 기브스와 투로크의 부정적 결론을 완화시킬 수 있음을 보여준다.
• 초기 장 이격과 원인적 수평 제약 조건이 스칼라 장이 허블 스케일 패치에서 균일하게 유지될 수 있는지 결정하는 데서의 역할을 평가한다.
• 만기 인플레이션 이전의 비인플레이션 단계가 장의 일관성에 미치는 영향, 특히 장의 일관성에 대한 수평 문제를 고려한다.
• 예를 들어 $1/R^n$과 같은 수정된 중력 모델과 그들이 스칼라-텐서 이론과 등가인 조건을 고려하며, 안정성과 초깃값 요구 조건을 평가한다.
• 엔트로피, 시간의 화살표, 순환 모델이 붕괴 우주론에서 초깃값 수수께끼를 해결하는 데서의 역할을 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 스칼라 장 메커니즘이 초기 및 만기 인플레이션 단계를 정밀 조정 없이 설명할 수 있는가?
• RQ2 장기간의 비인플레이션 기간이 존재하는 모델에서 허블 스케일 패치에서 쿼린티세스 장의 균일성이 왜 설명하기 어려운가?
• RQ3 양자 우주론 또는 표준 측도가 인플레이션을 유도하는 초깃값에 대해 사전적 정당성을 제공할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 붕괴 또는 창조 사건에서 낮은 엔트로피 상태를 확보하기 위해 어떤 경계 조건이 필요한가?
• RQ5 고차 도함수 항을 포함한 수정된 중력 이론이 스칼라 장 모델보다 더 자연스러운 이중 인플레이션 단계의 프레임워크를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 현재 허블 스케일에서 암흑 에너지 스칼라 장의 균일성은 이전의 인플레이션 단계 또는 낮은 엔트로피 초깃값 조건이 없이는 설명될 수 없다.
• 붕괴에서 낮은 엔트로피 경계 조건이 없으면, 루프 양자 우주론조차도 지속적인 만기 인플레이션 단계를 자연스럽게 생성할 수 없다.
• 비인플레이션 단계가 이어지는 경우, 운동 에너지, 판드라, 보조 인플레이션 모델은 더 강한 정밀 조정 문제를 겪어 만기 가속화에 있어 덜 타당하다.
• 합리적인 양자 우주론적 입력이 있으면, 표준 측도는 기브스와 투로크의 단일 단계 인플레이션에 대한 부정적 결론을 완화시킬 수 있다.
• 고차 도함수 중력 모델인 $1/R^n$은 스칼라-텐서 이론과 등가이지만, 제한된 우주 무모양 성질과 잠재적 불안정성으로 인해 문제가 있다.
• 순환 모델과 엔트로피 감소 메커니즘은 블랙홀에 의해 유도되는 엔트로피 최대화 문제를 해결하지 못하므로, 추가 제약 조건 없이 계속되는 팽창 또는 순환 행동은 설득력이 떨어진다.