[논문 리뷰] The Dark side of the torsion: Dark Energy from kinetic torsion

David Benisty, Eduardo Guendelman외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 03.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 암흑 에너지를 잠재력이 아닌, 확장된 아이ン슈타인-카르탕 프레임워크 내에서 역동적인 완전 반대칭 토르션 장의 운동에너지 항에서 기인하는 우주론적 모델을 제안한다. 이 모델은 이차 토르션 항의 강성 유체 기여로 인해 빛나는 우주 해법을 도출하며, 빛나는 우주의 스케일에 대한 경계는 토르션 장의 역학으로부터 유도된다.

ABSTRACT

An extension to the Einstein-Cartan (EC) action is discussed in terms of cosmological solutions. The torsion incorporated in the EC Lagrangian is assumed to be totally anti-symmetric, and written by of a vector $S^\mu$. Then this torsion model, compliant with the Cosmological Principle, is made dynamical by introducing its quadratic, totally anti-symmetric derivative. The EC Lagrangian then splits up into the Einstein-Hilbert portion and a (mass) term $\sim s_0^2$. While for the quintessence model, dark energy arises from the potential, here the kinetic term, $\frac{1}{\mu^2} \dot{s}_0^2$, plays the role of dark energy. The quadratic torsion term, on the other hand, gives rise to a stiff fluid that leads to a bouncing solution. A bound on the bouncing solution is calculated.

연구 동기 및 목표

• 아이인슈타인-카르탕 작용을 동적인 완전 반대칭 토르션 장으로 확장함으로써 우주론적 영향을 탐구하는 것.
• 토르션 장의 운동에너지 항이 퀘이언티스런 모델의 잠재력 기반 메커니즘을 대체하여 암흑 에너지를 생성할 수 있는지 분석하는 것.
• 이차 토르션 항이 강성 유체를 생성함으로써 빛나는 우주 해법을 가능하게 하는 역할를 분석하는 것.
• 토르션 장의 역학으로부터 유도된 빛나는 우주의 스케일에 대한 경계를 도출하는 것.

제안 방법

• 토르션 장은 벡터 $ S^\mu $ 로 표현되며, 전체 토르션 텐서는 완전 반대칭이다.
• 아이인슈타인-카르탕 라그랑지안에 $ S^\mu $ 를 포함하는 이차, 완전 반대칭 도함수 항을 추가하여 토르션을 역동적으로 만든다.
• 작용은 표준 아이인슈타인-힐베르트 항과 질량 항 $ \sim s_0^2 $ 으로 분리되며, 암흑 에너지의 원천이 되는 운동에너지 항 $ \frac{1}{\mu^2} \dot{s}_0^2 $ 이 도출된다.
• 우주론적 해법은 공간의 균일성과 동축성(우주의 원칙)을 가정하여 유도되며, 수정된 프리드만 방정식을 도출한다.
• 이차 토르션 항은 상태 방정식 $ w = 1 $ 인 강성 유체를 기여하여 빛나는 해법을 가능하게 한다.
• 토르션 장의 역학과 그 에너지 밀도 기여를 분석함으로써 빛나는 스케일에 대한 경계를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 역동적인 토르션 장의 운동에너지 항이 우주론에서 암흑 에너지의 원천으로 작용할 수 있는가? 이는 퀘이언티스의 잠재력 기반 메커니즘을 대체할 수 있는가?
• RQ2 토르션 벡터의 이차, 완전 반대칭 도함수 항의 포함이, 특히 빛나는 우주 맥락에서 우주론적 진화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이차 토르션 항으로부터 기인하는 강성 유체 성분이 빛나는 우주론적 빛남을 가능하게 하는 역할는 무엇인가?
• RQ4 토르션 장의 역학으로부터 빛나는 스케일에 대한 어떤 제약이나 경계를 도출할 수 있는가?

주요 결과

• 작용 내 운동에너지 항 $ \frac{1}{\mu^2} \dot{s}_0^2 $ 는 퀘이언티스 모델의 잠재력 기반 메커니즘을 대체하여 암흑 에너지의 원천이 된다.
• 이차 토르션 항은 상태 방정식 $ w = 1 $ 인 강성 유체를 생성하며, 이는 이 우주론적 모델에서 빛나는 해법을 가능하게 하는 데 기여한다.
• 이 모델은 토르션 역학에서 기인한 강성 유체 성분의 반발력 효과로 인해 빛나는 우주 해법을 도출한다.
• 토르션 장의 역학에 기반하여 빛나는 지점에서의 우주의 최소 크기(스케일)를 정량화하는 데 기반한 빛나는 스케일에 대한 경계가 도출된다.