[论文解读] Cosmological Acceleration from Gravitational Waves

Л. С. Марочник|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出，在一个空无一物的宇宙中，超 horizon 的引力波可驱动 de Sitter 类似的加速膨胀，为暗能量提供一种经典解释。作者认为，这些长波长的引力波可引发宇宙学加速，这或许能解释宇宙在变得越来越空旷时所观测到的晚期加速现象。

ABSTRACT

It is shown that the classical gravitational waves of super-horizon wavelengths are able to form the de Sitter accelerated expansion of the empty (with no matter fields) Universe. The contemporary Universe is about 70% empty and asymptotically is going to become completely empty, so the effect caused by emptiness should be already very noticeable. It could manifest itself as the dark energy.

研究动机与目标

• 研究经典引力波在超 horizon 波长下是否能在空无一物的宇宙中引发宇宙学加速。
• 探讨此类引力波效应是否可解释宇宙所观测到的由暗能量驱动的加速膨胀。
• 分析引力波在宇宙演化渐近、无物质阶段中的作用。
• 评估引力波引起的加速在当前及未来宇宙中的可探测性与重要性。

提出的方法

• 本研究采用经典广义相对论，分析真空时空中超长波长引力波的动力学。
• 聚焦于超 horizon 模式，这些模式不受因果性约束，可在宇宙尺度上持续存在。
• 分析引力波的能量-动量张量及其对时空几何的反作用。
• 推导出这些引力波可产生类似有效宇宙学常数项的条件。
• 考虑宇宙向无物质状态渐近演化的过程，此时此类引力波占主导地位。
• 该模型假设宇宙空间平坦、均匀且各向同性，且无物质或辐射场。

实验结果

研究问题

• RQ1 波长超过哈勃半径的引力波是否可在空无一物的宇宙中驱动 de Sitter 类似的膨胀？
• RQ2 超 horizon 引力波的能量密度在多大程度上可解释所观测到的宇宙学加速？
• RQ3 长波长引力波的反作用如何影响时空的大尺度几何结构？
• RQ4 这些引力波的影响是否足够显著，足以解释当前及未来宇宙中的暗能量？

主要发现

• 超 horizon 引力波可通过其能量-动量张量生成类似有效宇宙学常数的项。
• 由此产生的时空演化表现出 de Sitter 类似的膨胀，与所观测到的宇宙加速膨胀一致。
• 随着宇宙演化趋向无物质状态，该效应变得愈发显著，而此状态预计将在遥远的未来占主导。
• 本文提出，当前约 70% 为空的宇宙可能已开始经历这些引力波贡献的可测量效应。
• 该模型提供了一种无需引入新标量场或奇异物质的经典几何解释，用于暗能量。
• 该论文原始版本由作者撤回，并整合进 arXiv:1508.07312，即已发表版本。