[论文解读] Cosmology of Massive Gravity and its Extensions

Kurt Hinterbichler|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 113被引用 7

一句话总结

本文回顾了dRGT大质量引力及其扩展（如双引力）作为解释宇宙加速膨胀的宇宙学常数的可行替代方案。通过引入一个破坏微分同胚不变性的微小引力子质量，该理论通过一种技术上自然的小质量避免了宇宙学常数问题，双引力中的自加速解显示出晚期加速的潜力——尽管它们面临不稳定或与ΛCDM观测上不可区分的问题。

ABSTRACT

We review the status of the theory of dRGT massive gravity, and some of its extensions, as applied to cosmology and the cosmological constant problem.

研究动机与目标

• 评估大质量引力理论是否能在不引入宇宙学常数的情况下解释宇宙加速膨胀。
• 研究dRGT大质量引力及其扩展在通过技术上自然的小引力子质量解决宇宙学常数问题方面的可行性。
• 分析双引力中的宇宙学解，特别是自加速分支，并评估其稳定性和观测一致性。
• 确定这些模型是否能避免太阳系约束，并在原则上与广义相对论保持可区分性。
• 探讨去德重（degravitation）和部分无质量引力子作为自然抑制真空能量的机制的潜力。

提出的方法

• 构建包含特定双参数相互作用势的dRGT作用量，涉及度规组合 $\sqrt{g^{-1}\eta}$ 的平方根，确保在非线性层次上无鬼态。
• 应用有效场论技术逐阶推导相互作用，并将其重新求和为闭合形式作用量。
• 分析纯大质量引力和双引力中的宇宙学解，重点关注自加速分支及其微扰稳定性。
• 评估双引力解不同分支中病态现象（如梯度不稳定性和鬼态）的存在。
• 评估大质量引力模型中的Vainshtein机制和屏蔽行为，以检验其与太阳系实验的兼容性。
• 考虑部分无质量对称性作为自然固定宇宙学常数至小引力子质量尺度的潜在机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 大质量引力理论是否能为解释宇宙加速膨胀提供宇宙学常数的可行替代？
• RQ2 双引力中的自加速解在宇宙微扰下是否保持稳定，特别是在早期宇宙？
• RQ3 是否可通过去德重或部分无质量引力子等机制在大质量引力中解决宇宙学常数问题？
• RQ4 大质量引力模型在多大程度上可与ΛCDM或广义相对论在观测上区分开来？
• RQ5 强耦合尺度 $\Lambda_5 \sim (m^4 M_P)^{1/5}$ 对大质量引力模型的有效性和可预测性有何影响？

主要发现

• dRGT理论通过精心构造的相互作用势成功避免了Boulware-Deser鬼态，在非线性层次上确保了五个物理自由度。
• 在双引力中，动力学分支的有限子分支支持具有健康张量微扰的自加速解，但标量模式在早期表现出梯度不稳定性。
• 通过技术上自然地调节参数，可将标量不稳定性推至不可观测的极早期，使模型在观测上与ΛCDM不可区分。
• 强耦合尺度 $\Lambda_5 \sim (m^4 M_P)^{1/5}$ 设定了有效场论的截断能标，超过该尺度后理论变得强耦合并非微扰。
• 尽管去德重机制在一级近似下有效，但在完全非线性设置中缺乏鲁棒性，且常因缺乏Vainshtein机制而违反太阳系约束。
• 部分无质量引力子可能提供一种基于对称性的机制，自然地将宇宙学常数固定在小引力子质量尺度，尽管这在完全非线性设置中仍属推测且未经证实。