[论文解读] Covariant Effective Field Theory of Gravity II: Cosmological Implications

Alessandro Codello, Rajeev Kumar Jain|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 51被引用 6

一句话总结

本文将引力协变有效场论扩展至弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FRW）时空，推导出包含非局域量子修正的效能量子弗里德曼方程。结果表明，仅$R\frac{1}{\square^2}R$项即可驱动晚期加速膨胀，作为无需宇宙学常数的等效暗能量组分。

ABSTRACT

Following our previous work wherein the leading order effective action was computed in the covariant effective field theory of gravity, here we specialize the effective action to the FRW spacetime and obtain the effective Friedmann equations. In particular, we focus our attention on studying the cosmological implications of the non-local terms when each of them is combined with the Einstein-Hilbert action. We obtain both analytical and iterative solutions to the effective background equations in all the cases and also briefly comment on the consistency between the iterative and numerical solutions whenever possible. We find that among all the non-local terms, the imprints induced by $R\frac{1}{\square^2}R$ are very significant. Interpreting these corrections as an effective dark energy component characterized by an equation of state parameter, we find that the $R\frac{1}{\square^2}R$ correction can indeed lead to an accelerated expansion of the universe at the present epoch even in the absence of a cosmological constant. We briefly discuss some phenomenological consequences of our results.

研究动机与目标

• 使用引力协变有效场论推导FRW时空中的有效弗里德曼方程。
• 分析当非局域项（特别是$R\frac{1}{\square^2}R$）被加入爱因斯坦-希尔伯特作用量时的宇宙学含义。
• 确定此类非局域修正是否可在无宇宙学常数条件下产生晚期加速膨胀。
• 比较有效背景方程的解析解、迭代解与数值解。

提出的方法

• 将协变有效场论的领先阶有效作用量特化至FRW几何结构。
• 通过引入如$R\frac{1}{\square^2}R$等非局域项，推导修正的弗里德曼方程。
• 对所有考虑的非局域项，解析求解和迭代求解有效背景方程。
• 将迭代解与数值解进行比较，以评估一致性。
• 计算非局域修正的有效状态方程参数，以评估其类似暗能量的行为。
• 利用有效作用量框架，将量子修正解释为宇宙演化中的一种等效流体组分。

实验结果

研究问题

• RQ1 在引力有效场论中，非局域量子修正是否可在无宇宙学常数的FRW宇宙学中诱导加速膨胀？
• RQ2 不同非局域项（尤其是$R\frac{1}{\square^2}R$）如何影响有效弗里德曼方程？
• RQ3 由$R\frac{1}{\square^2}R$项产生的有效暗能量组分的状态方程参数为何？
• RQ4 在有效背景方程中，解析解与迭代解与数值解相比如何？
• RQ5 在晚期宇宙加速的背景下，这些非局域修正的物理现象学后果是什么？

主要发现

• 非局域项$R\frac{1}{\square^2}R$对有效弗里德曼方程产生显著修正。
• 仅此一修正项即可在无宇宙学常数的条件下驱动宇宙的晚期加速膨胀。
• $R\frac{1}{\square^2}R$项的有效状态方程参数与暗能量一致。
• 在比较中，有效方程的解析解与迭代解与数值解保持一致。
• 在所有研究的非局域项中，$R\frac{1}{\square^2}R$产生的宇宙学印记最为显著。
• 结果表明，宇宙加速可能具有量子引力起源，为宇宙学常数提供了一种现象学上可行的替代方案。