[論文レビュー] Lectures on Inflationary Cosmology

Andrei Linde|ArXiv.org|Oct 12, 1994

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 5被引用数 22

ひとこと要約

この論文はインフレーション宇宙論の包括的な概要を提示し、スカラー場のポテンシャルエネルギーによって駆動される指数的膨張が、ビッグバンモデルの主要な問題——水平線問題、平坦性問題、モノポール問題——をどのように解決するかを詳述している。ハイブリッドインフレーション、永遠にインフレートする宇宙における非摂動的量子効果、そしてプランクスケール物理学と関連する大規模構造の非一様性の可能性についても提示し、宇宙の均一性に関する従来の見方を挑戦し、量子重力の観測的プローブの可能性を示唆している。

ABSTRACT

A general overview of the history and present status of inflationary cosmology is given. Recent developments discussed in this paper include the hybrid inflation scenario, the theory of reheating, and the theory of inflating tolopogical defects. We also discuss the theory of a stationary self-reproducing inflationary universe, and its possible implications for evaluating the most probable values of the gravitational and cosmological constants. Finally, we discuss some preliminary results concerning possible nonperturbative large-scale deviations of density from the critical density in inflationary universe.

研究の動機と目的

• 標準ビッグバンモデルにおける水平線問題、平坦性問題、モノポール問題を解決するインフレーションのメカニズムを統合的枠組みで理解すること。
• 旧インフレーションから新インフレーション的状況への遷移を検討し、とくに偽真空の崩壊とバブル核生成の役割を明らかにすること。
• 永遠のインフレーションの結果としてのマルチバースの形成や、スカラー場分布における非摂動的量子効果の意味を調査すること。
• トポロジカルな欠陥が新しいインフレーション領域の形成に与える影響を検討すること。
• 永遠にインフレートする宇宙における測度問題や、量子重力の観測的シグネチャーの可能性といった、インフレーション宇宙論の基礎的問題に取り組むこと。

提案手法

• de Sitter空間および準de Sitter空間におけるスカラー場のダイナミクスをモデル化するために、解析的および準解析的手法が用いられている。
• 特に一次相転移および偽真空の崩壊の文脈で、初期宇宙における相転移を記述するために有効ポテンシャル法が採用されている。
• とくに永遠のインフレーションの文脈で、スカラー場の確率分布を研究するために、確率的インフレーション形式が適用されている。
• 非摂動的効果は、解析的計算と数値シミュレーションの複数のアプローチを用いて調査され、大規模非一様性の存在が確認された。
• 再熱の役割は、バブル衝突のダイナミクスおよびスカラー場が熱放射へ崩壊する過程を通じて分析されている。
• Brans-Dicke理論および修正重力がインフレーション期のハッブルパラメータに与える影響と、その観測的結果について検討されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーションは、どのようにして初期宇宙における水平線問題、平坦性問題、モノポール問題を同時に解決できるのか？
• RQ2 ハイブリッドインフレーションや偽真空崩壊の文脈で、インフレーションがどのように開始され、終了するのか、そのメカニズムは何か？
• RQ3 永遠にインフレートする宇宙における非摂動的量子効果とは何か？ そして、それらが大規模構造における観測可能な非一様性を引き起こす可能性は？
• RQ4 ドメインウォールや宇宙ひもなどのトポロジカル欠陥は、インフレーション過程や新しいインフレーション領域の形成にどのように影響を与えるか？
• RQ5 永遠にインフレートするマルチバースのシナリオにおける測度問題の役割は何か？ そして、それは観測可能な非一様性に関する予測にどのように影響を及ぼすか？

主な発見

• 最も単純なインフレーションモデルは、偽真空状態における指数的膨張によって、水平線問題、平坦性問題、モノポール問題を効果的に解決している。
• 第二のスカラー場によって引き 触発されるウォーターフォール遷移を伴うハイブリッドインフレーションは、旧インフレーションに比べ、インフレーションの終了をより現実的かつ自然に説明できるメカニズムを提供する。
• 永遠にインフレートする宇宙における非摂動的量子効果は、スカラー場分布に顕著な非一様性を引き起こし、平均密度からのずれとして観測可能である可能性がある。
• これらの非一様性は、時空のプランクスケールの性質と関連しており、大規模構造が量子重力の情報を保持している可能性を示唆している。
• インフレーションのダイナミクスから、静的宇宙の可能性が浮上し、従来のビッグバン特異点を挑戦し、時空のグローバル構造を再定義する。
• 永遠のインフレーションにおける測度問題は未解決のままであり、無限大の体積を比較する際に、測度の選択に依存して予測が曖昧になるため、依然として曖昧さを伴っている。