[论文解读] Black Crunch

T. Banks, Willy Fischler|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2002

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文研究了坍缩宇宙中量子涨落与热涨落的增长，表明即使涨落稀薄，也会通过散射不可避免地形成致密的黑洞气体。论文提出，大坍缩的最终状态是在 p=ρ FRW 时空中的静态、共形对称黑洞流体，暗示了引力坍缩的一种普遍且稳定的终点。

ABSTRACT

We study the growth of fluctuations in collapsing cosmologies, extending old work of Lifshitz and Khalatnikov. As examples of systems where the fluctuations have a different composition than the background we study scalar fields with general improvement terms. Fluctuations always grow, and often dominate the homogeneous background. We argue that even for very dilute fluctuations, scattering processes inevitably lead to a dense gas of black holes. This leads us to hypothesize that the generic final state of a Big Crunch is described by a collapsing $p= ho$ FRW cosmology. We conjecture that the black hole fluid is invariant under the conformal Killing symmetry of this metric, so that the final state is in fact stationary.

研究动机与目标

• 将 Lifshitz 和 Khalatnikov 关于宇宙涨落的工作扩展至包含一般改进项的标量场。
• 分析涨落在坍缩时空中的增长过程及其对均匀背景的主导作用。
• 研究涨落之间的散射是否即使在初始密度较低时也会导致黑洞形成。
• 提出大坍缩的最终状态是在 p=ρ FRW 几何中静态、共形不变的黑洞流体。

提出的方法

• 分析作用量中包含一般改进项的坍缩 FRW 背景中的标量场涨落。
• 使用有效场论技术来模拟弯曲、坍缩时空中的涨落动力学。
• 应用输运理论来描述涨落之间的散射过程，追踪其向黑洞形成演化的路径。
• 识别 p=ρ FRW 度规的共形 Killing 对称性，作为最终黑洞流体状态潜在不变性的线索。
• 推导涨落增长并主导背景的条件，从而导致引力坍缩。
• 构建一个尊重背景度规共形对称性的致密黑洞流体的唯象模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，坍缩宇宙中的涨落会增长并主导均匀背景？
• RQ2 涨落之间的散射过程如何导致致密黑洞气体的形成？
• RQ3 大坍缩的最终状态是否可能为 p=ρ FRW 时空中的静态、共形不变黑洞流体？
• RQ4 p=ρ FRW 度规在稳定引力坍缩最终状态中起到何种作用？

主要发现

• 坍缩宇宙中的涨落总是会增长，并且即使初始稀薄，也能主导均匀背景。
• 涨落之间的散射过程不可避免地导致致密黑洞气体的形成，无论初始稀薄程度如何。
• 大坍缩的最终状态被假定为 p=ρ FRW 时空中的静态、共形不变黑洞流体。
• 该黑洞流体被推测具有 p=ρ FRW 度规共形 Killing 对称性的不变性，暗示其为稳定且对称的终态。