Cyclic Universe with Quintom matter in Loop Quantum Cosmology
本文在圈量子宇宙学的框架下研究了用五原子物质建立循环宇宙模型的可能性。在一般性的演示之后,我们提供了两个例子,一个是双流体,另一个是双标量场,来展示如何获得这样的场景。文中给出了解析计算和数值计算结果。
2007-11-28 astro-ph gr-qc hep-th
Cyclic Universe and Infinite Past
我们解决两个问题的无限循环宇宙学的过去。第一个是它是否可以包含一个无限长的零测地线到过去的Borde-Guth-Vilenkin(BGV)的“不去”定理,第二个是是否,鉴于一小部分的衍生宇宙未能循环,有足够的概率在无限时间后成功的宇宙。我们给肯定的答案,这两个问题,然后表明,在无限循环的宇宙总数已经无限的任意长的时间。
2007-06-14 astro-ph gr-qc hep-ph
Loop Quantum Gravity and the Cyclic Universe
圈量子引力对半经典体系的动力学方程进行了强非微扰修正,产生了各种新的效应,包括解决了弗里德曼宇宙中的经典奇点。在这里,我们调查的情况下,一个循环的宇宙潜力的修改,假设我们可以应用四维圈量子形式主义内的有效四维理论的循环方案。我们发现,圈量子效应可以显着改变近碰撞动力学的循环方案。在动力学主导的坍缩时代,标量场被圈量子摩擦有效地冻结,因此膜接近碰撞并反弹,而没有实际的碰撞。
2004-09-23 astro-ph gr-qc hep-th
The Ups and Downs of Cyclic Universes
我们研究均匀和各向同性振荡宇宙学与多个流体成分。这些流体之间的能量转移是为了模拟封闭宇宙的非平衡行为的影响。我们找到了精确的解决方案,显示了一系列新的行为的扩展比例因子。文中还详细讨论了尘埃或标量场的能量转换为辐射的例子。我们表明,与预期相反,这是不可能的,这样的模型可以提供一个物理上可行的解决方案的平坦度问题。
2007-01-12 astro-ph gr-qc
Designing Cyclic Universe Models
最近在理解从大坍缩到大爆炸跃迁的微扰传播方面的进展(特别是Tolley等的hep-th/0306109)使得第一次考虑宇宙循环模型中标量场势的全部唯象约束成为可能。我们表明,循环模型需要一个相当程度的调整,需要通货膨胀模型。的约束减少到一组简单的设计规则,包括“快卷”参数类似于“慢卷”参数的通货膨胀。
2004-01-18 astro-ph hep-ph hep-th
Holographic dark energy in a cyclic universe
本文研究了循环宇宙中全息暗能量的宇宙学演化,推广了Li提出的全息暗能量模型。含有$c<1$的全息暗能量可以实现五分行为,即从一个类似精粹的成分演化为一个类似幻影的成分。全息幻影的能量密度迅速增长,并主导了后期的膨胀阶段,帮助实现了一个循环的宇宙场景,其中高能区被量子引力的影响所改变,导致宇宙的转向(和反弹)。全息暗能量在低能区和高能区的动力学演化分别由两个微分方程控制。在这种情况下,必须将这两种制度联系起来。我们提出了一个链接条件,产生一个完整的图像全息演化的循环宇宙。
2007-09-19 astro-ph gr-qc hep-ph
Cosmic Evolution in a Cyclic Universe
基于从ekpyrotic方案和M理论得出的概念,我们阐述了我们最近提出的宇宙循环模型。在这个模型中,宇宙经历了一系列无穷无尽的宇宙时代,从宇宙从“大爆炸”开始膨胀,到宇宙收缩到“大挤压”结束。“从”大紧缩“到”大爆炸“的匹配是根据最近与Khoury、Ovrut和Seiberg提出的处方进行的。膨胀周期的一部分包括一个辐射和物质支配的时期,然后是一个低能量宇宙加速的延长时期。宇宙的加速对于建立平坦而空洞的初始条件至关重要,而这些初始条件又是宇宙爆炸和消除熵、黑洞以及前一个循环中产生的其他碎片所必需的。通过在每次大挤压之前将宇宙恢复到相同的真空状态,加速确保了循环可以重复,并且循环解是吸引子。
2002-03-20 astro-ph hep-ph hep-th
Cyclic Period Changes in Close Binaries: A Light Travel Time Effect or a Symptom of Magnetic Activity?
在许多类的密近双星中都观察到了数年到数十年的周期变化。对这些周期性变化的一个常见解释是,一个看不见的第三个天体对密近双星的引力影响。看不见的第三个物体的影响必须是严格周期性的,并不是所有这些观察到的周期变化都符合这个预测。道格拉斯·霍尔(Douglas Hall)在大约20年前就注意到,具有周期变化的大陵五双星总是有一颗对流的、快速旋转的二级恒星。这颗二级恒星有一个强大的磁力发电机的种子,并建议磁场活动是观测到的循环周期变化的原因。在本文中,我将审查的观测证据的磁循环驱动所观察到的循环周期的变化。我也将讨论现有的理论框架,以解释磁周期如何改变密近双星的轨道周期。最后,我将讨论一个正在进行的观测工作,以测试预测的磁活动周期变化的连接。
2004-08-10 astro-ph
The cosmic gravitational wave background in a cyclic universe
暴胀预言了一个稍微“红”的原始引力波光谱,在较长的波长下,随着功率的缓慢增加,几乎尺度不变。在本文中,我们计算的振幅和频谱形式的原始张量谱预测的循环/ekpyrotic模型。光谱是蓝色的,与长波长的暴胀相比呈指数抑制。最强的观测约束来自于这样一个要求,即引力波的能量密度不应超过核合成时能量密度的10%左右。
2003-07-18 astro-ph hep-ph hep-th
Topological defects: A problem for cyclic universes?
我们研究宇宙弦网络在收缩宇宙中的行为,并讨论它们可能产生的一些后果。我们注意到,在膨胀宇宙和收缩宇宙的缺陷网络演化之间存在着基本的时间不对称性。具有可忽略回路产生和小尺度结构的弦网络在坍缩阶段将渐近地表现为辐射流体。在现实网络中,这两个效应很重要,使得这个解只是近似的。我们推导出描述这种效应的新缩放解,并通过高分辨率数值模拟对其进行测试。收缩宇宙中的弦网络,连同它所产生的引力辐射背景,可以在局部和全局上显著影响宇宙的动力学。网络可以是辐射、熵和不均匀性的重要来源。我们讨论了这些研究结果的反弹和循环宇宙模型的可能影响。
2003-08-31 astro-ph gr-qc hep-ph
Emergence of a Cyclic Universe from the Hagedorn Soup
构建一个成功的循环宇宙场景的挑战之一是能够纳入热力学第二定律,这通常会导致托尔曼的问题不断缩小的周期。在本文中,我们构建了一个非奇异的玩具模型,随着周期在过去的收缩,他们也花了越来越多的时间在熵守恒的哈格多恩阶段。因此,在这种情况下,熵在无限的过去中渐近于一个有限的非零常数。宇宙从一个小的(弦大小)测地线完备的准周期时空“涌现”出来。这种范式也自然地解决了大爆炸宇宙学的一些经典难题,例如大、视界和平坦性问题。
2009-07-31 astro-ph gr-qc hep-ph
Cosmology and Cosmogony in a Cyclic Universe
本文讨论了1993年发展起来的准稳态宇宙学模型(QSSC)的性质,它是一个由负能量标量场驱动的宇宙循环模型。我们讨论了这种标量场在F.霍伊尔和J.V.Narlikar四十年前。它表明,在星系核中发生的创建过程是密切相关的高能量和爆炸的现象,这是在星系中常见的所有红移。宇宙的循环性质提供了微波背景辐射(在恒星氢燃烧中产生)的起源与最轻核(H、D、He $^3$和He $^4$)的起源之间的自然联系。它还使我们能够将宇宙的大尺度循环特性与星系核中发生的事件联系起来。观测证据表明,从这些中心以致密物体、气体和相对论性粒子的形式喷出的物质和能量是宇宙中类恒星物体和伽马射线暴源的原因。在本文的后面部分,我们简要讨论了这个综合宇宙学和宇宙起源学方案的主要未解决的问题。这就是对类星体内禀红移的起源和红移分布的周期性的理解。
2008-01-18 astro-ph gr-qc hep-th
Cosmic Perturbations Through the Cyclic Ages
我们分析了循环模型中宇宙学扰动的演化,特别注意它们在多个循环中的行为和相互作用。我们的主要成果是:(1)在一个周期中存在的星系和大尺度结构是由前一周期中的量子涨落产生的,而不受前一周期中产生的扰动或结构的干扰,也不干扰后一周期中产生的结构;(2)热爆阶段,在热大爆炸之前的状态方程$w\gg 1$的温和收缩时期,使宇宙均匀,在任何观测者的视界内,宇宙都是各向同性的和平坦的;(3)虽然宇宙在每个观测者的视界内都是均匀的,但由于超视界长度扰动的影响,循环宇宙的整体结构更加复杂,不能用均匀的弗里德曼-罗伯逊-沃克图像来描述。特别是,我们表明,ekpyrotic阶段是如此有效的平滑,扁平化和各向同性的视界内的宇宙,这一阶段本身就足以解决视界和平坦度的问题,即使没有一个长期的暗能量统治(一种低能量的通货膨胀)。相反,循环模型依赖于一种真正新颖的非暴胀机制(爆炸收缩)来解决经典的宇宙学难题。
2006-07-23 astro-ph hep-th
Beyond Inflation: A Cyclic Universe Scenario
20年来,暴胀一直是早期宇宙的主要假设,并已成为成功的“宇宙和谐”模型的公认要素。然而,由此产生的理论有许多令人困惑的特点。它需要高能量和低能量膨胀,能量密度相差一百个数量级。为什么宇宙开始经历高能量膨胀,以及为什么它最终会在低能量膨胀中结束,这些问题都没有答案。我们没有诉诸人择论证,而是发展了另一种宇宙学,即循环宇宙,在循环宇宙中,宇宙存在于由物理定律决定的非常长寿的吸引子状态中。这个模型分享了暴胀现象学上的成功,而不需要一个高能暴胀的时代。相反,宇宙是均匀和平坦的,尺度不变的绝热扰动是在像今天这样的低能加速时期产生的,但在最后一次大爆炸之前。与暴胀不同的是,该模型需要低能量的加速度才能存在周期性的吸引子状态。该方案面临的关键挑战是在t=0时穿过宇宙奇点。在线性化重力的水平上取得了实质性的进展,在这里进行审查。将这一理论推广到非线性引力和弦论的挑战依然存在。
2004-03-01 astro-ph gr-qc hep-th
Cyclic evolution and reversal of the solar magnetic field. I. The large-scale magnetic fields
利用1976- 2003年在斯坦福大学获得的太阳磁场观测资料,研究了太阳大尺度磁场的周期演化特征。在第21、22和23周的磁场的经向和纬向演化中发现了一些异常。大尺度磁场的循环发展可分为两个主要阶段。第一阶段,其中包括一个时期,大约从两年前,直到三年后的太阳活动周期的最大值,详细研究。发现在大尺度磁场反转之前,在第21和22周,对极纵向间隔内的磁场中性线从赤道向相反方向偏移,但在第23周没有偏移。在周期21和22的大尺度磁场的符号反转期间,在对极纵向间隔中,在所有纬度上都观察到相反极性的磁场,从而形成赤道偶极子。在磁场反转之后,磁中性线相对于赤道发生纵向振荡,其周期约为2年,并衰减到11年周期的最小值。大尺度磁场的纵向间隔对应于黑子活动的活跃区的位置,表明大尺度磁场与局域磁场的密切联系。在大尺度磁场的演化过程中,揭示了一个周期为$1.23\pm0.16$年的周期性,这与日震学方法在速跃层附近发现的太阳自转变化的周期很接近。
2003-10-20 astro-ph
Detecting Topology in a Nearly Flat Spherical Universe
当密度参数接近于1时,宇宙有一个大的曲率半径,与它是双曲的、平坦的还是球形无关。无论曲率是多少,宇宙都可能是单连通拓扑或多连通拓扑。在平坦的情况下,拓扑尺度是任意的,并且没有先验的理由使这个尺度与可观测宇宙的大小具有相同的量级。在双曲情形下,任何非平凡拓扑几乎肯定在一个太大而无法检测的长度尺度上。相比之下,在球形的情况下,拓扑结构很容易出现在可检测的尺度上。本论文展示了如何,在球形的情况下,一个几乎平坦的宇宙的假设简化了算法检测多连接拓扑,但也减少了可以看到的拓扑。这对于即将进行的宇宙微波背景数据分析具有首要的重要性。这篇文章表明,对于球面空间,人们可以限制搜索直径相反的圆对在天空中的圆方法,仍然检测循环因子的标准分解的holonomy群。这大大减少了算法的运行时间。如果搜索被扩大到包括中心几乎相反并且相对扭曲稍微变化的候选圆对,则循环因子以及一般因子的循环子组也可以被检测到。不幸的是,完整的完整群一般在近似平坦的球形宇宙中是不可观测的,因此完全的6参数搜索是不必要的。晶体学方法还可以潜在地检测循环因子和一般因子的循环亚组,但除此之外别无其他。
2002-09-19 astro-ph gr-qc
Dark Energy with w>-4/3
宇宙的加速可能是由一种连续的弹性介质--弹性暗能量驱动的(Bucher和Spergel 1999)。弹性暗能量可以稳定地支持压能比w > -4/3的状态方程。w<-1的稳定膨胀与“弹性能量再加热”的假设相结合,导致了诸如膨胀循环宇宙(Expanding Cyclic Universe)之类的奇异可能性-一个不断膨胀的宇宙,周期性地重复通货膨胀时期。
2004-05-05 astro-ph
Bouncing and cyclic universes from brane models
我们考虑一个D3-膜作为一个五维带电反德西特黑洞的边界。我们表明,黑洞的电荷诱导膜的尺度因子的一个规则的宇宙学演化,与一个平滑的过渡之间的收缩和最终的膨胀阶段。在膜上有效宇宙学常数为零的情况下,可以得到简单的解析解。一个非零的宇宙学常数,或者在膜上包含辐射,并不会破坏这些解在小半径下的规律性,而且像原始核合成那样的观测约束也很容易满足。只要尺度因子的最小值足够大,膜场的涨落就保持在线性状态。我们的结论与Cardy-Verlinde公式在此设置的分析。
2002-11-25 astro-ph gr-qc hep-ph
Triality between Inflation, Cyclic and Phantom Cosmologies
它表明,任何空间平坦和各向同性的宇宙经历加速膨胀驱动的自相互作用的标量场可以直接相关的收缩,减速宇宙学。通过将标度因子和哈勃参数表示为标量场的函数,并同时互换这两个量,使其对偶性得以体现。减速的宇宙可以通过反转比例因子并保持哈勃参数不变,与源自幻影标量场的宇宙学孪生。加速模型可以通过确定与哈勃参数的倒数的比例因子来与同一个幻影宇宙相关联。加速和减速背景之间的对偶性可以扩展到空间弯曲的宇宙学和包含完美流体的模型。类似的三重性和相关的标度因子对偶性在兰德尔-桑德拉姆II型膜世界场景中被发现。
2004-05-11 astro-ph gr-qc hep-th
Some Enigmatic Aspects of the Early Universe III
在同一主题的前几部分讨论中,讨论了非常早期宇宙的各个方面。我们讨论了包含大的暗能量项如何补偿净引力。在这里,讨论进一步包括电荷,磁场和旋转的影响。在极端的初始条件下,大额外的维度的作用进行了讨论,并探讨了可能与循环膜理论的联系。我们约束各种宇宙量,如净电荷,磁单极子的数密度,原始磁场,额外维度的大小等。
2008-09-18 astro-ph
Non-Singular Bouncing Universes in Loop Quantum Cosmology
圈量子宇宙学中的非微扰量子几何效应预言了高能量下弗里德曼方程的$ρ^2$修正。二次项是负定的,当物质的能量密度等于普朗克密度量级的临界值时,会导致一般的反弹。在不违反正能量条件的情况下,实现了任意物质的非奇异反弹。通过进行定性分析,我们探讨了通货膨胀和循环模型的潜力反弹的性质。对于前者,我们表明,通货膨胀的轨迹是反弹后的动力学的吸引子,这意味着通货膨胀可以和谐地嵌入LQC。对于后者的困难与奇异性循环模型可以克服。我们证明了在标量场为负的情况下,通过使原Cyclic模型势略为正,可以用一个小的变化来构造非奇异的Cyclic模型。
2006-07-17 astro-ph gr-qc hep-th
Ekpyrotic and Cyclic Cosmology
Ekpyrotic和cyclic cosmologies提供了非常早期和非常晚期宇宙的理论。在这些模型中,大爆炸被描述为膜的碰撞-因此大爆炸不是时间的开始。在大爆炸之前,有一个状态方程为w=P/rho >> 1(其中P是平均压力,rho是平均能量密度)的热爆阶段,在此期间宇宙缓慢收缩。这一阶段解决了标准的宇宙学难题,并产生了一个几乎尺度不变的宇宙学扰动谱,其中包含一个重要的非高斯分量。与此同时,它产生了具有蓝色光谱的小振幅引力波。主导当今宇宙演化的暗能量被重新解释为我们的膜和平行膜之间的一种小吸引力。这种力最终引发了新的ekpyrotic相和新的膜碰撞,从而产生了循环宇宙的想法。这篇评论讨论了这些模型的详细属性,它们嵌入M理论和它们的可行性,重点是开放的问题和观测签名。
2009-06-02 astro-ph gr-qc hep-th
Nearly Scale-Invariant Spectrum of Adiabatic Fluctuations May be from a Very Slowly Expanding Phase of the Universe
在本文中,我们构造了一个膨胀阶段与幻影物质,其中的标度因子膨胀非常缓慢,但哈勃参数逐渐增加,并假设这个膨胀阶段可以匹配到我们的后期观测宇宙学通过适当的机制。在这种情况下,我们得到了绝热涨落的近标度不变谱,与最简单的暴胀和通常的ekpyrotic/cyclic情况不同,这种情况下的近标度不变谱的倾斜是蓝色的.虽然在我们的方案中,扰动通过跃迁的传播方式存在不确定性,这取决于可能的“反弹”物理的细节,与暴胀和ekpyrotic/cyclic方案相比,我们的工作可能提供另一种可行的宇宙学方案,产生几乎标度不变的扰动谱。
2003-08-13 astro-ph hep-ph hep-th
Spherical Universe topology and the Casimir effect
本文将因式分解的3球上的模问题应用于自旋为0、1/2和1的无质量场的场论计算。因子的退化,包括透镜空间,是以几何方式整齐地导出的。真空能用多面体度表示,并利用复盖群的循环分解给出了等价的表达式。标量函数行列式的计算和光谱不对称函数处理的单边透镜空间上的显式形式相同的方法。
2004-04-16 astro-ph gr-qc hep-th