[论文解读] Eternal Inflation, past and future

Anthony Aguirre|ArXiv.org|Dec 4, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 91被引用 29

一句话总结

本文主张，永恒 inflation——即在时间的正向和反向都持续进行的暴胀——可能消除对宇宙学初始奇点的需求，使宇宙成为过去永恒的，并可能具有时间对称性。通过使用由假真空驱动的暴胀模型并分析奇点定理，作者认为标准奇点定理不适用于暴胀时空，表明在此框架下经典时间可能并无起点。

ABSTRACT

Cosmological inflation, if it occurred, radically alters the picture of the `big bang', which would merely point to reheating at the end of inflation. Moreover, this reheating may be only local, so that inflation continues elsewhere and forever, continually spawning big-bang-like regions. This chapter reviews this idea of `eternal inflation', then focuses on what this may mean for the ultimate beginning of the universe. In particular, I will argue that given eternal inflation, the universe may be free of a cosmological initial singularity, might be eternal (and eternally inflating) to the past, and might obey an interesting sort of cosmological time-symmetry.

研究动机与目标

• 探究永恒暴胀是否能使宇宙成为过去永恒的，从而避免宇宙学初始奇点。
• 重新评估标准奇点定理（例如Borde-Guth-Vilenkin定理）在暴胀时空中的适用性。
• 评估在永恒暴胀中是否可能出现宇宙时间对称性以及一致的宇宙 censorship（CCC）。
• 研究永恒暴胀对时间之箭及初始条件本质的影响。
• 识别永恒暴胀基础中的开放问题，包括测度、全息性以及真空跃迁机制。

提出的方法

• 使用具有在 φF 处的亚稳态假真空和在 φT 处的真真空的双阱势，分析由假真空驱动的暴胀。
• 应用弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FRW）宇宙学框架，以尺度因子 a(t) ∝ exp(HFt) 建模暴胀膨胀。
• 评估Borde-Guth-Vilenkin（BGV）奇点定理在过去永恒暴胀背景下的有效性，认为其假设无法排除过去永恒的时空。
• 考虑从假真空到真真空的量子隧穿作为气泡核化的机制，导致高温区（类似大爆炸的局部区域）的形成。
• 研究一致宇宙 censorship（CCC）的含义以及时间之箭在永恒暴胀时空中的行为。
• 回顾能量条件（强、弱、零、主导）以评估其在奇点定理中的作用及其在暴胀模型中的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 永恒暴胀是否可以是过去永恒的？如果是，这是否意味着不存在宇宙学初始奇点？
• RQ2 标准奇点定理，尤其是 BGV 定理，是否正确地排除了在暴胀时空中发生过去永恒暴胀的可能性？
• RQ3 在一个永恒暴胀的宇宙中，时间之箭如何表现？它是否可能在单条世界线上发生反转？
• RQ4 什么机制允许从低真空能级向高真空能级的跃迁？这些机制如何影响永恒暴胀的结构？
• RQ5 是否存在一个在永恒暴胀时空中物理上明确定义的测度，能够避免悖论和错误预测？

主要发现

• 永恒暴胀可以是过去永恒的，因为 BGV 定理不适用于过去具有无限哈勃膨胀的时空，这挑战了初始奇点为必然存在的观点。
• 标准奇点定理并不排除过去永恒暴胀，因为它们依赖于在暴胀时空中被违反的能量条件，尤其是零能量条件。
• 在永恒暴胀中，'大爆炸'并非起点，而是局部区域暴胀结束的产物，宇宙可能根本不存在初始的宇宙学奇点。
• 时间之箭可能在某些世界线上发生反转，特别是在时间之箭未明确定义或非唯一的区域。
• 由于无限自由度的存在以及新暴胀区和高温区的持续产生，宇宙在时间的两个方向上可能始终是永恒有趣的。
• 一致宇宙 censorship（CCC）可能允许类空间奇点和非平凡的时间对称性，表明在永恒暴胀中全局平衡永远不会实现。