Lema-Tolman-Bondi尘埃模型中的空间体积平均第一部分：反力、空间曲率和binding energy

非标准引力下的Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker宇宙论

On Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker cosmologies in non-standard gravity

本论文主要研究修正引力和标量场下的FLRW宇宙学。暗能量的神秘性使得近十年来理论物理学界的许多努力都集中在解释当前宇宙加速膨胀的原因上。另一方面，在标准宇宙学模型中，也需要一个早期的加速时期，称为暴胀，以拟合观测数据。在这里，我们研究的可能性来解释这两种效果下相同的机制，通过标量场或修改的重力。在这个意义上，F（R）和Gauss-Bonnet引力进行了研究。这一分析也被扩展到Hoelava-Lifshitz引力，一个理论，似乎是幂计数重整化，尽管它包含其他严重的问题，也在论文中讨论。

Infrared signatures of quantum bounce in a minisuperspace analysis of Lema\^ıtre-Tolman-Bondi dust collapse

In the quantum treatment of collapsing matter, a viable mode analysis is supposed to give information regarding emission during the collapse. Nevertheless, partly owing to operator ordering ambiguities involved in a typical quantum gravity analysis, the availability of such well-defined modes is not guaranteed. We study the mode decomposition of the unitarily evolving wave packet constructed for the quantum model of spherically symmetric dust collapsing in a marginally bound Lema\^ıtre-Tolman-Bondi (LTB) model. We identify the observable depicting mode decomposition, and using the freedom of o…

在Lema-Tolman模型下星系中心Gyrs老黑洞的形成

Formation of Gyrs old black holes in the center of galaxies within the Lema\^ıtre--Tolman model

在这篇文章中，我们提出了一个模型的形成星系与一个黑洞在中心。它是基于Lemaitre-Tolman解决方案，是一个早期的模型的改进。最重要的改进是黑洞内部几何形状的选择，允许形成Gyrs老黑洞。其他改进是使用任意弗里德曼模型作为背景（未扰动）的初始状态和适应模型的任意密度分布的星系。我们的主要兴趣是M87星系（NGC 4486），它拥有一个质量为$3.2\cdot 10^{9}M_{\odot}$的超大质量黑洞。结果表明，对于这个特殊的星系，在我们的模型的框架内，初始状态是一个扰动的$Λ$ CDM模型，年龄的黑洞可以达到12.7 Gyrs。还研究了模型在最后散射时对所选参数的依赖性。黑洞的最大年龄是M87星系的$Ω_m$和$Ω_Λ$参数的函数，可以是3.717或12.708 Gyr。

Re-evaluation of $Ω_k$ of the normalised Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker model: Implications for Hubble constant determinations

The description of spacetime is an fundamental problem of cosmology. We explain why the current assignments of spacetime geometries for $Ω_k$ of the Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker (FLRW) model are probably incorrect and suggest more useful descriptions. We show that $Ω_k$ represents not only curvature but the influence of matter density on the extent of spacetime between massive objects. Recent analyses of supernovae type Ia (SNe Ia) and HII/GEHR data with the FLRW model present the best fits with a small value for $Ω_m$ and a large $Ω_k$. These results are consistent with our Universe …

Lema-Tolman-Bondi尘埃解的新变量

New variables for the Lema\^ıtre-Tolman-Bondi dust solutions

我们重新检查的Lemâitre-Tolman-Bondi（LTB）解决方案与尘埃源承认对称中心。我们考虑作为自由参数的解决方案的初始值函数：$Y_i$，$ρ_i$和$\Ri$，通过限制曲率半径，$Y\equiv \sqrt{g_{θθ}}$，静止质量密度，$ρ$，和三维Ricci标量的静止框架，$\R$，到一个任意的正则柯西超曲面，$\Ti$，标记为常数宇宙时间（$t=t_i$）。使用$Y_i$固定的径向坐标和拓扑结构（同胚类）的$\Ti$，并缩放的一维尺度因子$y=Y/Y_i$的时间演化，我们表明，动力学，正则性条件和几何特征的模型是由$ρ_i$，$\Ri$和适当构造的体积平均值和对比度函数中定义的不变标量表示的$\Ti$。这些量导致初始条件的直接表征，根据$\Ti$的不均匀性的性质，作为对称中心周围的密度和/或曲率超密度（"团块“）和欠密度（”空隙“）。一般来说，只有具有初始密度和曲率块的模型在没有壳交叉奇点的情况下演化，尽管与同时大爆炸相关的特殊初始条件允许初始密度和曲率空洞的规则演化。发现特定的限制，以便$t>t_i$的定期演变是可能的初始空隙。为在构建LTB模型时使用新变量以及绘制所有相关量提供了逐步指南。

收缩的II --非均匀各向同性宇宙中面积距离-红移关系的畸变

Shrinking II -- The Distortion of the Area Distance-Redshift Relation in Inhomogeneous Isotropic Universes

这篇论文和系列论文中的其他论文挑战了引力透镜对远距离观测影响的标准模型。我们表明，由于透镜效应的累积效应，对应于所观察到的立体角的区域可以与从相应的Friedmann-Lema\^ıtre模型估计的区域完全不同，即使在大角度尺度上取平均。本文集中讨论了球对称但空间不均匀的尘埃宇宙的具体例子，Lemitre-Tolman-Bondi模型，并表明与Friedmann-Lemitre模型的标准解相比，径向透镜效应显著地扭曲了这些精确解中的面积距离-红移和密度-红移关系.因此，即使在全天空平均之后，不均匀性也可能在基于标准FL关系的距离估计中引入显著误差。此外，还提出了一种新的规范选择方法，解决了过去零锥的精确定位问题。

Friedmann宇宙中Lema\\^\i tre-Tolman-Bondi虫洞的引力透镜效应

Gravitational lensing by Lema\^ıtre-Tolman-Bondi wormholes in a Friedmann universe

研究Friedmann宇宙中LTB虫洞的引力透镜效应，发现虫洞阴影角大小随观测时间非单调变化，早期减小、后期因宇宙膨胀而增大。

Lema-Tolman模型中的蓝移

Blueshifts in the Lema\^ıtre -- Tolman models

在具有非常数爆炸时间函数$t_B(r)$的Lema-T模型中，在大爆炸的那些点附近发射的光，在这些点处$\dril {t_B} r \neq 0$在接收器位置处发生蓝移。蓝移的射线预计会扰乱宇宙微波背景（CMB）辐射的温度，沿着目前中心观测者的视线。它示出在这里，在一个一般的L-T模型中，可以选择的$t_B(r)$，使蓝移产生区域被隐藏的重组时间之前，在L-T模型不适用。本文的其余部分致力于研究蓝移在一个特定的L-T模型，称为L-T $(t_B)$ -一个复制的光度距离与红移关系的$Λ$ CDM模型使用非常数$t_B(r)$单独。确定了蓝移产生区在L-T $(t_B)$时空中的位置。我们计算了与当前中心观测者的过去光锥相交的几条光线的红移/蓝移分布。考虑了与Friedmann匹配的L-T $(t_B)$模型，计算了该复合模型中的红移/蓝移分布.蓝移不可见的要求使得L-T $(t_B)$模型在天体物理学上是不可接受的，如果它应该应用到复合时间，但并没有“排除”一般的L-T模型-它只是对$\dril {t_B} r$施加了限制。

加速膨胀还是不均匀？第2部分：在Lematre-Tolman模型中用能量函数模拟加速度

Accelerating expansion or inhomogeneity? Part 2: Mimicking acceleration with the energy function in the Lema\^ıtre-Tolman model

这是发表在{ \it Phys. Rev.}上的论文的延续。{ \bf D89}，023520（2014）。本文研究了$Λ$ CDM模型的光度距离-红移关系$D_L(z)$如何在Lema\^ıtre- Tolman（L-T）模型中复制，该模型具有$Λ= 0$、常数爆炸时间函数$t_B$和模拟观测者过去光锥上加速膨胀的能量函数$E(r)$（$r$是唯一定义的共动径向坐标）.数值实验表明，$E > 0$是必要的.函数$z(r)$和$E(r)$从观测者位置的初始点开始数值计算，然后从视地平线（AH）的初始点向后计算。将两次计算的结果进行比较，可以确定$r = 0$和AH处的$E/r^2$值。详细讨论并解决了通过AH继续计算的有关问题。然后，$z(r)$和$E(r)$在AH之外继续，直到发出光锥与大爆炸接触的信号的数字崩溃。同样，从两个初始点出发计算了L-T模型的光锥，并与$Λ$ CDM光锥进行了比较。这里构建的模型包含壳层交叉，但它们可以通过将L-T区域与弗里德曼背景相匹配来去除，而不会与Ia型超新星的观测结果产生任何冲突。以描述的方式解释了$E(r)$函数模拟加速膨胀的机制。

加速膨胀还是不均匀？$Λ$ CDM与Lema-Tolman模型的比较

Accelerating expansion or inhomogeneity? A comparison of the $Λ$CDM and Lema\^ıtre - Tolman models

它示出了如何解释的弗里德曼模型与$Λ< 0 = k$（$Λ$ CDM模型）的背景下的某些观察可以重新解释使用$Λ= 0$ Lema\^ıtre - Tolman（L-T）模型，以消除“暗能量“。本文的目的是通过尽可能多的解析计算或非常简单的数值程序来澄清潜在的几何关系。在第一部分的文件（虚构的）沿过去的光锥的观察者的膨胀速度分布的意见被认为是。结果表明，用$Λ= 0 = E$在L-T模型中可以再现$Λ$ CDM观测者过去的全部光锥。这是一个几何练习，其优点是没有数值复杂性。在第二部分中，我们用具有$-k = 2E/r^2 =$常数$> 0$的L-T模型来复制$Λ$ CDM模型的光度距离-红移关系。$k$的值和函数$t_B(r)$由$Λ$ CDM参数确定。描述了该L-T模型的一般性质。文中详细介绍了数值计算中的视地平问题，并基本解决了这些问题。第二个模型是一个反例，证明了一个模拟$Λ$ CDM的L-T模型必须在中心周围包含一个空洞--它在$R = 0$处有一个密度峰值。

在恒定爆炸时间Lema-Tolman模型中模拟加速度：壳交叉、密度分布和光锥

Mimicking acceleration in the constant-bang-time Lema\^ıtre -- Tolman model: Shell crossings, density distributions and light cones

具有$Λ= 0$和恒定爆炸时间的Lema\^ıtre- Tolman模型仅使用能量函数$E$来模拟$Λ$ CDM模型的光度距离-红移关系，该模型包含壳层穿越。本文研究了壳交叉集（SCS）在时空中的位置及其存在的后果。从现在到未来，SCS只会在$t \approx 1064 T$出现在中央观测者的视野中，其中$T$是宇宙的当前年龄，但不会在她的观测中留下任何可识别的痕迹。靠近南海发射的光线在初始点会发生蓝移，但蓝移是有限的，如果观测者离得足够远，蓝移会被后来产生的红移过度补偿。局部蓝移导致沿光线方向的$z$不是同向径向坐标$r$的单调函数。因此，角直径距离$D_A$和中心观测者的光度距离$D_L$不是$z$的函数;关系式$D_A(z)$和$D_L(z)$在SCS附近是多值的。计算并显示了以下量：（1）在几个等时特征超曲面上的质量密度分布，其中一些超曲面与SCS相交。(2)沿着当前中心观察者过去的光锥的密度分布。(3)一些光锥在特征瞬间与南海相交。(4)沿着几个光锥的红移剖面。(5)极端红移超曲面。(6)$D_A(z)$和$D_L(z)$关系。(7)末次散射时间及其与$Λ$ CDM末次散射历元的比较。

LeMaitre-Tolman-Bondi坍缩模型的中超空间量子化

Toward a Midisuperspace Quantization of LeMaitre-Tolman-Bondi Collapse Models

球形尘埃坍缩的LeMa <$tre-Tolman-Bondi模型已经被广泛用于研究各种恒星坍缩的情况。到目前为止，众所周知，这些模型导致黑洞和裸奇点从规则的初始数据的形成。坍缩的最终结果，特别是在裸奇点形成的情况下，在很大程度上取决于最后阶段的量子效应。这些量子效应通常不能用半经典的方法来处理，因为在达到最终状态之前，引力场的量子涨落将占主导地位。本文给出了描述非均匀尘埃边缘束缚坍缩的LeMa\^itre-Tolman-Bondi时空的正则约化，其中物理半径$R$、坍缩尘埃的真时$τ$和质量函数$F$分别是相空间上的正则坐标$R(r)$、$τ(r)$和$F(r)$.狄拉克的约束量子化导致一个简单的功能（惠勒-德维特）方程。该方程的解可用于研究不同初始条件下量子引力对引力坍缩的影响。

Lemaitre-Tolman-Bondi时空中的高导数和大质量电磁模型

High-derivatives and massive electromagnetic models in the Lemaitre-Tolman-Bondi spacetime

嵌入非均匀LTB时空背景的麦克斯韦电磁理论在几年前的文献中已有描述。然而，关于质量或高导数的术语没有被探索。在这项工作中，我们研究了非均匀时空对高导数和大质量电磁模型的影响。我们使用的LTB度量和计算的物理量的利益，即比例因子，密度的电磁场和哈勃常数，Proca和更高的衍生波多尔斯基模型。我们在两个模型中都发现了一个新的奇点，并且在Proca模型中磁场必须为零。

General radially moving references frames in the black hole background

We consider general radially moving frames realized in the background of nonextremal black holes having causal structure similar to that of the Schwarzschild metric. In doing so, we generalize the Lema\^ıtre approach, constructing free-falling frames which are built from the reference particles with an arbitrary specific energy $e_{0}$ including $e_{0}<0$ and a special case $e_{0}=0$. The general formula of 3-velocity of a freely falling particle with the specific energy $e$ with respect to a frame with $% e_{0}$ is presented. We point out the relation between the properties of considered fram…

Evolution equations dynamical system of the Lemaître--Tolman--Bondi metric containing coupled dark energy

We consider inhomogeneous spherically symmetric models based on the Lemaître-Tolman-Bondi (LTB) metric, assuming as its source an interactive mixture of ordinary baryonic matter, cold dark matter and dark energy with a coupling term proportional to the addition of energy densities of both dark fluids. We reduce Einstein's field equations to a first order 7-dimensional autonomous dynamical system of evolution equations and algebraic constraints. We study in detail the evolution of the energy density and spatial curvature profiles along the phase space by means of two subspace projections: a thr…

Redshift drift as a model independent probe of dark energy

It is well known that positive values of redshift drift is a signature of dark energy within the conventionally studied Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker (FLRW) universe models. Here we show -- without making assumptions on the metric tensor of the Universe -- that redshift drift is a promising direct probe of violation of the strong energy condition within the theory of general relativity.

Lemaitre-Tolman-Bondi空洞模型中的年龄问题

Age Problem in Lemaitre-Tolman-Bondi Void Models

众所周知，我们可以通过考虑一个不均匀和/或各向异性的宇宙（这违反了宇宙学原理）来解释当前的宇宙加速，而不需要调用暗能量或修正的引力。这类模型中最著名的是所谓的Lemartre-Tolman-Bondi（LTB）空洞模型，在这个模型中，宇宙是球对称的，径向不均匀的，我们生活在一个以我们的位置为中心的局部密度不足的空洞中。在目前的工作中，我们测试了各种LTB空洞模型与一些老高红移天体（OHRO）。显然，宇宙不可能比它的组成部分更年轻。我们发现，一个非常大的$r_0$（表征的空隙的大小），需要容纳这些OHRO在LTB空隙模型。在这个异常大的$r_0$和从其他观测（如SNIa、CMB等）推断出的小得多的$r_0$之间存在着严重的矛盾。然而，如果我们转而考虑类星体APM 08279+5255在红移$z=3.91$处的最低极限1.7\，Gyr，这种紧张可能会大大缓解。

关于球形尘埃波动：精确方法与微扰方法

On spherical dust fluctuations: the exact vs. the perturbative approach

本文研究了LTB尘埃模型（有无$Λ$）的动力学与两种常见的宇宙学形式：基于度规的宇宙学扰动理论（CPT）和协变规范不变（GIC）微扰中尘埃微扰动力学之间的关系.为此目的，我们重铸的LTB模型的演变的协变和规范不变形式主义的本地和非本地的“精确波动“的Friedmann-Lematre-Robertson-Walker（FLRW）的背景下定义的协变标量的适当平均。我们研究这些波动的性质，它可以被定义为一个封闭的共动域或渐近域扩展到整个时间片。特别地，非局部密度波动为“密度对比度“的概念提供了协变和精确的定义。我们表明，在它们的线性制度，这些LTB精确的波动（本地和非本地）是完全等价于传统的宇宙学扰动在CPT的同步共动规范和GIC扰动。作为一个直接的后果，我们展示了一个简单的形式的空间曲率扰动的时间不变性。本文的工作可能为广义相对论中尘埃源动力学的精确方法和微扰方法（线性或非线性）之间提供重要的理论联系。

五维宇宙可穿越虫洞

Five dimensional cosmological traversable wormhole

本文研究了具有一个额外类空紧致维的Friedmann-Lematre-Robertson-Walker（FLRW）模型中的可穿越虫洞.我们选择动力学紧化作为第五维的演化。在这方面，我们研究了额外维的存在如何影响能量密度、形函数和标度因子的行为。结果表明，总物质可以是非奇异的，并且可以避免对弱能量条件的破坏。

Expansion of bundles of light rays in the Lemaître -- Tolman models

The locus of $θ\equiv {k^μ};_μ = 0$ for bundles of light rays emitted at noncentral points is investigated for Lema\^ıtre -- Tolman (L--T) models. The three loci that coincide for a central emission point: (1) maxima of $R$ along the rays, (2) $θ= 0$, (3) $R = 2M$ are all different for a noncentral emitter. If an extremum of $R$ along a nonradial ray exists, then it must lie in the region $R > 2M$. In $2M < R \leq 3M$ it can only be a maximum; in $R > 3M$ both minima and maxima can exist. The intersection of (1) with the equatorial hypersurface (EHS) $\vartheta = π/2$ is numerically determined…

在广义相对论极限下含尘埃物质的标量张量宇宙学

Scalar-tensor cosmologies with dust matter in the general relativity limit

本文在一般标量-张量引力理论的框架下，考虑了当普通尘埃物质的能量密度超过标量势的能量密度时，在Jordan标架中任意耦合函数的平坦Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker宇宙学模型.受宇宙学观测的启发，我们在接近所谓的广义相对论极限的范围内采用了一种近似方案。随后的标量场和哈勃参数的非线性近似方程可以在宇宙学时间内解析求解。这使我们能够区分渐近收敛于广义相对论的理论，并得出一些关于这个极限附近的宇宙动力学的含义。

宇宙学中的临界性和平均化

Criticality and Averaging in Cosmology

我们建议比较宇宙学解的总空间体积$V(τ)$作为适当的时间$τ$的函数，假设同步规范，并与此目的评估的变化$V(τ)$的Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker（FLRW）解决方案的灰尘。这可以成功地做到这一点，在一个简单的方式，而不解决扰动方程。特别是，我们发现，第一变化消失的所有方向不具有同质性和各向同性保持组件，换句话说，每个FLRW解决方案是一个{ \it临界点}的$V(τ)$在适当限制的子空间的解决方案。这个属性可以支持FLRW解决方案的解释的有效性，构成一个平均模型。我们还简要研究了$V(τ)$的第二种变体。

标量曲率为零时空的超能量张量

Super-energy tensor for space-times with vanishing scalar curvature

一个四指标张量的黎曼张量的二次和线性的二阶导数，它有零的时空的标量曲率为零的发散。这个张量在真空中约化为贝尔-罗宾逊张量。此外，对于任何观察者来说，完全类时分量都是正的，并且当且仅当时空是平坦的（不包括一些非物理时空）时，它才为零。我们还表明，这个张量是唯一的，可以构建这些属性。一般的引力场不存在这样的张量。最后，我们在几个例子中研究了这个张量：充满辐射的Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker时空，平面前的引力波和Vaidya辐射度规。

Tunneling probability for the birth of universes with radiation, cosmological constant and an ad hoc potential

In this work we study the birth of Friedmann-Lema\^ıtre-Robertson-Walker (FLRW) models with zero ($k=0$) and negative ($k=-1$) curvatures of the spatial sections. The material content of the models is composed of a radiation perfect fluid and a positive cosmological constant. The models also have the presence of an ad hoc potential which origin is believed to be of geometrical nature. In order to describe the birth of these universes, we quantize them using quantum cosmology. Initially, we obtain the Wheeler-DeWitt equations and solve them using the WKB approximation. We notice that the presen…

具有正空间曲率的暴胀宇宙中的因果性

Causality in Inflationary Universes with Positive Spatial Curvature

我们证明了在正弯曲的Friedmann-Lema\^itre宇宙$(k=+1)$的情况下，早期宇宙中的暴胀期对于大多数初始条件都不能解决视界问题，不管暴胀持续多久。它仅在充气开始时处于几乎静止状态的情况下才这样做，对应于充气开始时极高的$Ω_Λ$值$Ω_Λ \gg 1$。对于较小的值，不可能解决视界问题，因为相关的积分渐近线到一个有限值（在$k=+1$框架中的de Sitter宇宙中也会发生这种情况）。因此，对于这些情况，与宇宙背景辐射的近各向同性相关的因果问题必须在普朗克时代就已经解决。此外，即使当前的宇宙学常数在遥远的未来消失，紧致空间截面和事件视界都将存在于这些宇宙中，这给作为引力理论的M理论带来了潜在的问题。

Quintom模型中的修正f(R,G,T)引力与暴胀

Modified $f(R,G,T)$ Gravity in the Quintom model, and Inflation

本文研究Quintom模型中耦合两类标量场的f(R,G,T)修正引力，在平坦FLRW宇宙中实现反弹条件，证明仅含暴胀场时EoS参数不能穿越phantom分界线，并表明该模型可涵盖Weyl共形几何与暴胀时期。

相对论壳层：动力学、视界和壳层交叉

Relativistic shells: Dynamics, horizons, and shell crossing

本文研究真空中类时球形薄物质壳的动力学。薄壳匹配两个任意球时空的一般形式推导，随后专门的真空情况下。我们首先研究的相对运动的两个尘埃壳的动力学的外壳，从而将问题减少到一个单一的壳与不同的积极史瓦西质量的每一方。然后，我们研究壳的动态与非零切向压力$p$，并表明，有没有稳定的-固定的，否则-解决方案的配置与严格的线性正压状态方程，$p=ασ$，其中$σ$是适当的表面能密度和$α\in(-1,1)$。对于{ \em arbitrary}状态方程，我们证明了，只要弱能量条件成立，强能量条件是稳定的充要条件。我们详细研究了形成的陷阱表面，并明确表明，薄的边界层的原因，视视界不连续地演变。最后，我们推导出一个分析（必要和充分）的条件，相邻的壳交叉，并比较离散壳模型与著名的连续Lemartre-Tolman-Bondi灰尘的情况。

$f(T)$ Cosmology with Nonzero Curvature

We investigate exact and analytic solutions in $f\left( T\right) $ gravity within the context of a Friedmann--Lema\^ıtre--Robertson--Walker background space with nonzero spatial curvature. For the power law theory $f\left( T\right) =T^{n}$ we find that the field equations admit an exact solution with a linear scalar factor for negative and positive spatial curvature. That Milne-like solution is asymptotic behaviour for the scale factor near the initial singularity for the model $f\left( T\right) =T+f_{0}T^{n}-2Λ$. The analytic solution for that specific theory is presented in terms of Painlevé…

The averaging problem on the past null cone in inhomogeneous dust cosmologies

Cosmological models typically neglect the complicated nature of the spacetime manifold at small scales in order to hypothesize idealized general relativistic solutions for describing the average dynamics of the Universe. Although these solutions are remarkably successful in accounting for data, they introduce a number of puzzles in cosmology, and their foundational assumptions are therefore important to test. In this paper, we go beyond the usual assumptions in cosmology and propose a formalism for averaging the local general relativistic spacetime on an observer's past null cone: we formulate…