[论文解读] Beyond adiabatic approximation in Big Bang Cosmology: hydrodynamics, resurgence and entropy production in the Universe

Alex Buchel, Michał P. Heller+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用 8

一句话总结

本文提出了一种全息框架，用于计算弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙中的非平衡熵产生，采用尺度因子的导数展开。研究发现熵级数为渐近级数且具有重生性质，并表明体黏度近似在不同微观参数下可能显著高估或低估晚期的熵产生。

ABSTRACT

We use holography for the ab-initio determination of the non-equilibrium behavior of matter in a Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker Universe. We focus on matter without scale invariance and develop an expansion for the corresponding entropy production in terms of the derivatives of the cosmological scale factor. We show that the resulting series is asymptotic and we discuss its resurgent properties. Finally, we compute the resummed entropy production rate in de Sitter Universe at late times and show that the leading order approximation given by bulk viscosity effects can strongly overestimate/underestimate the rate depending on the microscopic parameters.

研究动机与目标

• 理解非标度不变物质在膨胀宇宙中的非平衡动力学。
• 推导基于宇宙标度因子导数的熵产生系统展开式。
• 分析所得熵级数的渐近与重生性质。
• 在德西特时空晚期计算重整化后的熵产生率。
• 评估体黏度近似在估算熵产生中的可靠性。

提出的方法

• 利用全息方法模拟弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙中物质的非平衡行为。
• 构建基于标度因子时间导数幂次的熵产生导数展开。
• 将所得级数视为渐近级数并识别其重生结构。
• 应用重生理论对发散级数进行重整化，提取物理速率。
• 在德西特空间晚期计算重整化后的熵产生率。
• 将重整化结果与一阶体黏度近似进行比较，以评估其准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非标度不变、非平衡的宇宙流体中，超越绝热近似时熵产生率的行为如何？
• RQ2 熵产生级数在标度因子导数方面的数学结构是什么？
• RQ3 重生性质如何影响渐近熵级数的重整化？
• RQ4 体黏度近似在多大程度上能准确描述晚期熵产生？
• RQ5 微观参数如何影响体黏度近似在熵率估算中的可靠性？

主要发现

• 由导数展开导出的熵产生级数为渐近级数，表明其在有限项后发散。
• 该级数表现出重生性质，暗示微扰与非微扰贡献之间存在深刻联系。
• 对级数进行重整化后，在德西特时空晚期得到有限且物理的熵产生率。
• 一阶体黏度近似可能因系统微观参数的不同而高估或低估真实熵产生率。
• 体黏度估算与重整化结果之间的差异凸显了非微扰效应在晚期宇宙熵产生中的重要性。