[论文解读] Multi-Stream Inflation: Bifurcations and Recombinations in the Multiverse

Yi Wang|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2009

Cosmology and Gravitation Theories被引用 8

一句话总结

本文提出多流暴胀作为弦理论景观中暴胀轨迹分叉的机制，导致可观测暴胀期间出现非高斯性、畴墙屏障和CMB不对称性等可观测效应。此外，研究进一步表明，永恒暴胀期间的分叉可提供一种替代且高效的气泡宇宙生成机制，并为永恒暴胀提供局部终结路径，从而减少其测度，并在多元宇宙宇宙学中引入新的动力学。

ABSTRACT

In this Letter, we briefly review the multi-stream inflation scenario, and discuss its implications in the string theory landscape and the inflationary multiverse. In multi-stream inflation, the inflation trajectory encounters bifurcations. If these bifurcations are in the observable stage of inflation, then interesting observational effects can take place, such as domain fences, non-Gaussianities, features and asymmetries in the CMB. On the other hand, if the bifurcation takes place in the eternal stage of inflation, it provides an alternative creation mechanism of bubbles universes in eternal inflation, as well as a mechanism to locally terminate eternal inflation, which reduces the measure of eternal inflation.

研究动机与目标

• 探讨多流暴胀中的分叉如何影响可观测CMB特征，如非高斯性、不对称性及其它特征。
• 研究多流暴胀在弦理论景观中的作用，特别是其在永恒暴胀期间生成气泡宇宙的机制。
• 分析分叉是否可作为比量子隧穿更高效的气泡宇宙生成机制，并终止永恒暴胀。
• 考察畴墙屏障（在分叉边界形成的瞬态、无张力的畴壁样结构）的宇宙学影响。

提出的方法

• 将暴胀建模为具有随机景观结构的多场势能中的轨迹，其中分叉发生在特定共动尺度上。
• 利用有效场论技术分析对称及近似对称的分叉，特别是应用准单场暴胀的结果来计算非高斯性。
• 推导非高斯性参数 $ f_{NL} ightarrow P_{ ho}^{-1/2} rac{1}{H} rac{ heta^{3}}{ heta^{3}} rac{ heta^{3}}{ heta^{3}} $，其中 $ heta $ 为真实暴胀方向与 $ ho $-方向之间的夹角。
• 研究永恒暴胀期间分叉的动力学，包括通过非隧穿机制生成气泡宇宙的可能性以及级联气泡形成的潜力。
• 评估分叉后不同轨迹的概率分布，包括类似于霍金-莫尔斯瞬子的指数抑制情形。
• 评估畴墙屏障的宇宙学影响——即在再结合后失去张力的、分隔不同暴胀区域的瞬态边界，避免标准畴壁问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 多流暴胀中的分叉能否产生可观测的CMB特征，如非高斯性和不对称性？
• RQ2 畴墙屏障——即分叉点形成的、分隔暴胀区域的瞬态边界——如何影响宇宙学可观测量？
• RQ3 永恒暴胀期间的分叉能否作为科尔曼-德卢恰隧穿的替代机制，用于生成气泡宇宙？
• RQ4 暴胀轨迹在分叉后重新结合是否会导致物理定律相同的宇宙，或导致不同真空期望值？
• RQ5 多流暴胀能否通过级联气泡形成实现永恒暴胀的局部终结？这又如何影响永恒暴胀的测度？

主要发现

• 对称分叉导致准单场暴胀动力学，产生量级为 $ f_{NL} ightarrow P_{ ho}^{-1/2} rac{1}{H} rac{ heta^{3}}{ heta^{3}} rac{ heta^{3}}{ heta^{3}} $ 的非高斯性，可能在CMB中可观测。
• 畴墙屏障——即在分叉点形成的、瞬态且无张力的区域边界——可无宇宙灾难地形成，构成一类新型可观测结构。
• 永恒暴胀期间的分叉可生成空间体积几乎相等的气泡宇宙，提供一种替代隧穿机制的方案，并改变永恒暴胀的测度。
• 当一条轨迹为永恒而另一条不是时，可发生级联气泡形成，高效地终结永恒暴胀并减少其测度。
• 非对称分叉中，不同轨迹具有指数差异的概率可模拟霍金-莫尔斯瞬子行为，实现稀有但重大的跃迁。
• 分叉后暴胀轨迹的重新结合导致物理定律与常数相同的宇宙；而未重新结合的轨迹则导致多元宇宙中不同物理定律的分布。