[论文解读] Eternal inflation without metaphysics

James B. Hartle, S. W. Hawking+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2010

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文提出使用无边界波函数来预测在存在永恒暴胀的景观模型中，尽管存在大尺度超 horizon 漂移，仍能预测我们可观测宇宙内的小尺度非均匀性。它确定最低势能出口占主导地位，从而在一类模型中得出约 10% 的张量标量比，从而为局部宇宙学预测定义了一个物理测度。

ABSTRACT

We consider landscape models that admit several regions where the conditions for eternal inflation hold. It is shown that one can use the no-boundary wave function to calculate small departures from homogeneity within our past light cone despite the possibility of much larger fluctuations on super horizon scales. The dominant contribution comes from the history exiting eternal inflation at the lowest value of the potential. In a class of landscape models this predicts a tensor to scalar ratio of about 10%. In this way the no-boundary wave function defines a measure for the prediction of local cosmological observations.

研究动机与目标

• 解决在具有永恒暴胀的多重宇宙模型中预测局部宇宙学观测的挑战。
• 解决超 horizon 漂移主导于可观测尺度非均匀性的问题。
• 使用无边界波函数建立一个物理上合理的宇宙学预测测度。
• 确定无边界波函数是否能产生如张量标量比等具体、可检验的预测。

提出的方法

• 将无边界波函数应用于包含多个永恒暴胀区域的景观模型。
• 计算在不同势能值下退出永恒暴胀的历史的量子振幅。
• 确定可观测非均匀性的主要贡献来自最低势能出口。
• 使用路径积分公式，根据无边界条件下的量子振幅对历史进行加权。
• 将张量标量比作为从主导量子历史导出的关键可观测预测进行评估。
• 聚焦于最低出口点能产生可计算且不可忽略张量信号的一类景观模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 无边界波函数能否为永恒暴胀模型中的局部宇宙学观测提供可预测的测度？
• RQ2 不同退出永恒暴胀历史的相对量子振幅由什么决定？
• RQ3 为何尽管存在更大的超 horizon 漂移，小尺度非均匀性仍主导可观测信号？
• RQ4 在无边界波函数下，一类景观模型中的张量标量比预测为何？
• RQ5 最低势能出口是否主导可观测非均匀性的量子振幅？

主要发现

• 无边界波函数抑制了大尺度超 horizon 漂移，并将最低势能出口确定为可观测非均匀性的主要贡献者。
• 利用此量子测度，成功预测了我们过去光锥内小幅度偏离均匀性的现象。
• 在一类景观模型中，预测张量标量比约为 10%。
• 主导的量子历史对应于在势能最低值处退出永恒暴胀。
• 该方法为多重宇宙情景中预测局部宇宙学可观测结果提供了物理上合理且非任意的测度。
• 预测 10% 的张量标量比为未来宇宙学观测提供了可检验的信号。