[论文解读] Dual interacting cosmologies and the coincidence problem

Luis P. Chimento, Diego Pavón|arXiv (Cornell University)|May 19, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文提出一种具有两个组分的双重相互作用宇宙学模型，包括一种幻影暗能量流体（标量场、k-场或快子），以解决宇宙巧合问题——即当今暗能量与物质密度的惊人相等。通过应用对偶变换，该模型实现了从减速膨胀到超加速膨胀的相变，提供了一种无需微调的动力学解决方案。

ABSTRACT

In this letter we consider a cosmological model with two interacting components and show that the cosmic coincidence problem, that besets so many models of late acceleration, can be solved even when the dark energy component is a phantom fluid representing either quintessence, k-essence or a tachyon field. As a byproduct, we obtain a supperaccelerated expanding cosmological model from a desacelerated one by applying a dual transformation.

研究动机与目标

• 为了解决宇宙巧合问题，即为何当今暗能量与物质密度相近。
• 探讨具有幻影场的相互作用宇宙学模型是否能自然解释当前的加速膨胀阶段。
• 研究对偶变换是否能将一个减速宇宙转化为超加速宇宙，从而提供一种新的晚期加速机制。
• 证明即使在幻影流体情形下，巧合问题也可无需微调而得以解决。

提出的方法

• 该模型引入两个相互作用的组分：一个代表暗能量（作为幻影流体：标量场、k-场或快子），另一个代表物质或相关组分。
• 两组分之间的相互作用由能量-动量守恒方程中的耦合项控制，允许能量在两者之间转移。
• 对动力学方程应用对偶变换，将减速膨胀相映射为超加速膨胀相，从而实现膨胀行为的反转。
• 该对偶变换在保持模型物理一致性的同时，实现了从低膨胀速率到高膨胀速率的过渡。
• 分析采用有效场论描述幻影组分，包括其状态方程和能量密度演化。
• 该模型在弗里德曼-罗伯逊-沃尔克宇宙学框架下进行分析，解由修改后的守恒律和爱因斯坦场方程导出。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有相互作用组分的幻影暗能量模型中，宇宙巧合问题是否可以得到解决？
• RQ2 宇宙学相之间的对偶变换是否能导致从初始减速状态到超加速膨胀的转变？
• RQ3 暗能量与物质组分之间的相互作用如何影响尺度因子和能量密度的演化？
• RQ4 在这一双重相互作用框架下，当前暗能量与物质密度的巧合是否为自然结果？
• RQ5 该对偶变换机制是否可一致地应用于各种幻影场理论（标量场、k-场、快子）？

主要发现

• 该模型通过在当前宇宙时期动态平衡暗能量与物质密度，成功解决了宇宙巧合问题，且无需微调。
• 对偶变换将一个减速宇宙相映射为超加速相，证明此类转变在动力学上是可能的。
• 无论作为标量场、k-场还是快子，幻影暗能量组分均可维持必要的相互作用与演化，以解决巧合问题。
• 通过相互作用项实现的能量转移，导致当前观测到的暗能量密度自然趋近。
• 该模型在不同幻影场实现中保持一致性，表明双重相互作用框架具有广泛适用性。
• 通过对偶性实现从减速到超加速的转变，表明这是一种超越标准标量场模型的新晚期加速机制。