[论文解读] Geometries with integrable singularity -- black/white holes and astrogenic universes

V. N. Lukash, Vladimir Strokov|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文提出一种宇宙生成范式，其中坍缩的天体物理对象生成在 r=0 处具有可积奇点的测地线完备黑洞/白洞几何结构，从而实现时空在白洞膨胀区域的连续延伸。这些区域中存在由有效物质和暴胀驱动的宇宙流，表明宇宙可能通过量子引力诱导的粒子产生和坍缩物质动量传递在黑洞内部形成。

ABSTRACT

We briefly review the problem of generating cosmological flows of matter in GR (the genesis of universes), analyze models' shortcomings and their basic assumptions yet to be justified in physical cosmology. We propose a paradigm of cosmogenesis based on the class of spherically symmetric solutions with {\it integrable} singularity $r=0$. They allow for geodesically complete geometries of black/white holes, which may comprise space-time regions with properties of cosmological flows.

研究动机与目标

• 通过在广义相对论框架内提出一种物理机制，解决宇宙学中的初始值问题，即在黑洞内部生成膨胀的宇宙流。
• 克服现有宇宙生成模型依赖于奇异物质或未经验证的量子引力效应的局限性。
• 证明测地线完备的时空结构（在 r=0 处具有可积奇点）可支持从黑洞坍缩到白洞膨胀的连续演化。
• 探讨黑洞/白洞 T 区域中具有负压的有效物质作为宇宙流源的作用。
• 提出一种物理机制——在高曲率区域的粒子产生和动量传递——以实现从坍缩天体物理对象中启动膨胀宇宙。

提出的方法

• 分析具有 2+2 时空分解的爱因斯坦方程的球对称解，重点关注 r=0 处的可积奇点。
• 以测地线完备性为标准，将时空延伸至 r=0 之外，实现从黑洞区域到白洞区域的过渡。
• 引入在 r=0 处具有适度（可积）发散性的有效能量-动量张量，以现象学方式模拟量子引力效应。
• 构建一个在 r → -r 下不变的简化模型，以模拟对称的黑洞/白洞几何结构并研究 T 区域的动力学。
• 应用弱能量条件、强能量条件和主导能量条件来评估物理可行性，指出在量子引力区域中这些条件的违反可能是可接受的。
• 在 r=0 附近高曲率区域建模粒子产生和动量传递，将坍缩物质与宇宙膨胀的启动联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 在球对称解中，测地线能否在 r=0 奇点处连续延伸，从而实现从黑洞区域到白洞区域的连续过渡？
• RQ2 为维持黑洞/白洞 T 区域中的膨胀宇宙流，所需的物理条件（特别是有效物质特性）是什么？
• RQ3 如何在不违反能量-动量守恒的前提下生成宇宙膨胀的初始动量，潮汐引力在此过程中起什么作用？
• RQ4 在多大程度上可通过具有可积奇点的有效能量-动量张量，现象学地建模量子引力效应？
• RQ5 天体物理对象的坍缩是否能自然触发通过粒子产生和时空延伸形成新的膨胀宇宙？

主要发现

• 对于一类具有 r=0 处可积奇点的球对称时空，存在测地线完备的黑洞/白洞解，允许径向测地线连续延伸至白洞区域。
• 此类解的 T 区域包含具有空间对称性 ℝ×𝕊² 的膨胀、均匀物质流，类似于宇宙流。
• 为维持永恒黑洞/白洞几何结构并维持白洞区域，需要具有负纵向压强（p < 0）的有效物质。
• 坍缩物质的动量通过长程潮汐力传递至 T 区域中的有效物质，从而启动白洞宇宙的膨胀。
• T 区域中的暴胀可使宇宙流增长至准哈勃尺度，使其作为我们宇宙的可观测模型具有合理性。
• 该范式与反弹模型或婴儿宇宙模型不同，其将宇宙生成与真实天体物理对象的坍缩及量子引力诱导的粒子产生直接关联，而非依赖初始条件或对称性假设。