线性扰动FRW度规和牛顿宇宙学的适用性

从$Λ$ FRW宇宙学背景下的MoND理论开始的哈勃定律的理论推导

Theoretical deduction of the Hubble law beginning with a MoND theory in context of the $Λ$FRW-Cosmology

通过引入汤川逆场（IYF）作为牛顿引力（修正牛顿动力学）的非定域加法补充，推导出了哈勃定律和宇宙年龄。从而将大尺度天体动力学与Friedmann-Robertson-Walker（$Λ$ FRW）模型联系起来。根据相应的形式，哈勃定律可以表示为v =（4 $π$ [G]/c）r，这是通过计算远大于50 Mpc的IYF力推导出来的，给出了$H_0=86,31$宇宙膨胀率的最大值，与NASA/IPAC河外数据库（NED）中392个天体的观测数据一致。这个额外的场（IYF）提供了一个简单的解释，即暗能量是大尺度重子物质的作用。此外，我们计算出宇宙的年龄为11 Gyr，与最近测量的太阳附近的白矮星的年龄一致。

牛顿规范下微扰弗里德曼方程的研究

On the perturbed Friedmann equations in Newtonian Gauge

本文基于牛顿力学启发式推导弗里德曼方程，并结合热力学第一定律与欧拉方程得到线性阶与广义相对论一致的微扰方程，揭示两种框架在特定极限下的一致性。

具有不可忽略压力的Lemaittre模型的扰动牛顿描述

Perturbed Newtonian description of the Lemaître model with non-negligible pressure

我们研究的有效性牛顿描述的宇宙学扰动使用勒梅特模型，爱因斯坦方程的精确球对称解。这个问题在过去已经针对粉尘流体的情况进行了研究。在这里，我们将前面的分析扩展到具有不可忽略压力的流体的更一般的情况，并且对于数值示例，我们考虑辐射的情况（P = ρ/3）。我们发现，即使当密度对比度有一个非线性的振幅，牛顿描述的宇宙学扰动使用的引力势和曲率势是有效的，只要我们考虑亚视界的不均匀性。然而，在尘埃流体中成立的关系式+={\cal O}（^2）在相对论流体中不成立，并且产生了有效的各向异性应力。这证明了Lemaitre模型的有用性，它使我们能够以精确的非线性方式研究具有不可忽略压力的流体中各向异性应力的发生。我们表明，这种情况发生时，不均匀性的特征尺度小于声音地平线和偏差是由流体的快速运动的非线性效应造成的。对于特征尺度小于声速的密度对比度δ的不均匀体，除非w接近-1，否则我们还发现：ω + ω = \max [{\cal O}（ω ^2），{\cal O}（c_s^2 ω\，δ）]，其中w和cs分别是流体的状态方程参数和声速。另一方面，我们期望对于特征尺度大于声视界的不均匀性，满足n + n ={\cal O}（n ^2），除非不均匀性的幅度很大，并且w接近-1。

贝肯斯坦相对论修正牛顿动力学理论的伽利略宇宙学扩展

Cosmology of the Galileon extension of Bekenstein's theory of relativistic Modified Newtonian Dynamics

一个推广的贝肯斯坦的张量-矢量-标量（TeVeS）模型的修改重力最近被提出作为一种替代暗物质。这个模型--我们将称之为g-TeVeS --利用伽利略诱导的Vainshtein机制来抑制在强引力体系中对广义相对论的修改，从而避免了引入通常存在于修正牛顿动力学（MOND）的相对论模型中的巴洛克动力学项的需要。我们探讨了这个模型在精确的Friedmann-Robertson-Walker（FRW）对称时空中的行为。该理论恢复MOND现象的能力限制了理论的参数空间，并且发现在参数空间的这一区域的估计内，该理论不能成功地近似冷暗物质的弗里德曼宇宙学行为。据发现，更接近的协议可能会恢复在其他地区的理论的参数空间和原因进行了讨论。

无平均的宇宙学

Cosmology Without Averaging

我们构建了由大量相同的、规则间隔的质量组成的宇宙学模型。这些模型不依赖于任何平均程序，或在全球弗里德曼-罗伯逊-沃克（FRW）背景的存在。它们是爱因斯坦方程在微扰膨胀中的高阶修正的解，并且具有由弗里德曼方程很好地模拟的大尺度动力学。我们发现，任意大的密度对比度的存在不会改变背景膨胀的幅度或规模，至少当群众是有规律地安排，并达到规定的精度水平。我们还发现，虽然每个细胞内的局部时空几何可以被描述为线性扰动FRW，人们可以说，一个更自然的描述是扰动闵可夫斯基空间（在这种情况下，标量扰动是简单的牛顿势）。我们希望这些模型可以用于理解和测试宇宙学中的平均思想，以及澄清全球宇宙动力学和与孤立质量相关的静态时空之间的关系。

离散牛顿宇宙学：微扰

Discrete Newtonian Cosmology: Perturbations

在以前的一篇论文中[arXiv：1308.1852]，我们展示了一个通过牛顿引力相互作用的离散粒子有限系统如何导致与广义相对论的无压弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克宇宙学模型完全相同的位似运动动力学方程，前提是粒子的分布服从中心构型方程。在本文中，我们表明，可以获得扰动这样的牛顿解，给出相同的线性化结构增长方程的广义相对论的情况下。我们还得到了Dmitriev-Zeldovich方程的子系统在这个离散的引力模型，并显示它如何导致的结论，空洞有一个明显的负质量。

N体模拟中的微扰红移

Perturbed redshifts from N-body simulations

为了跟上日益提高的天文观测数据质量的步伐，观测到的源红移必须在众所周知的多普勒贡献之外建模。在这封信中，我想研究规范问题，当人们把扰动红移分配给用牛顿N体代码生成的模拟数据时，这个问题经常被掩盖。仔细的分析揭示了一个迄今为止一直被忽视的校正项的存在。它大致与观测到的长度尺度除以哈勃尺度成正比，因此被抑制在视界内。然而，在千兆秒差距尺度上，它可以与引力红移相媲美，因此相当于一个重要的相对论效应。

双标量场宇宙学：守恒律和精确解

Two scalar field cosmology: Conservation laws and exact solutions

本文研究了FRW空间平坦时空中的两个标量场宇宙学，其中两个标量场在动力学部分和势中都相互作用。我们应用Noether点对称性来定义标量场的相互作用。我们使用的点对称性，以书面的场方程在正常的坐标，我们发现，拉格朗日的场方程，承认至少有三个Noether点对称性描述线性牛顿系统。此外，利用相应的守恒律，我们找到了场方程的精确解。最后，我们推广我们的结果的情况下，N标量场相互作用的潜力和他们的运动学部分在一个平坦的FRW背景。

后牛顿宇宙学模型

Post-Newtonian cosmological models

我们构建了一个框架来探讨非线性结构的形成对宇宙大尺度膨胀的影响。我们采用自下而上的方法来进行宇宙建模，将我们的宇宙分裂成细胞。每个细胞内的物质含量是由后牛顿形式主义。我们假设大部分的细胞是在附近的弱引力场，所以它可以用微扰闵可夫斯基度规来描述。我们的细胞是用以色列的连接条件拼凑在一起的。我们在这些细胞的边界上施加反射对称。这使我们能够计算细胞边界的运动方程，从而计算宇宙的膨胀率。在牛顿阶下，我们恢复了标准的类弗里德曼方程。在后牛顿阶，我们得到了宇宙大尺度膨胀的修正。我们的框架并不依赖于宇宙学中的平均过程。作为一个例子，我们使用这个框架来研究大量规则排列的点状质量的宇宙学演化。在牛顿阶下，类弗里德曼方程采取尘埃和空间曲率的形式。在后牛顿阶，我们得到了对尘埃项的修正，我们得到了一个额外的项，它的形式和辐射一样。类辐射项是爱因斯坦方程非线性的结果，是由于我们模型中存在的不均匀性。

研究N体模拟中光传播精度的方法

Methods for studying the accuracy of light propagation in N-body simulations

它建议使用精确的，宇宙学相关的解决方案，爱因斯坦的方程，以准确量化的精度，通过牛顿N体模拟的射线追踪技术。作为这种研究的一个初始例子，（Green & Wald，2012）中用于在N体结果和牛顿规范中的扰动FLRW度量之间进行的配方被用于研究通过准球形Szekeres模型的光传播。研究是通过推导一组常微分方程给出的牛顿规范度规的角直径距离的表达式进行的。利用这些常微分方程确定了基于准球Szekeres模型的模拟N体数据中的距离-红移关系，并对所得结果的精度进行了估计。然后将结果与精确关系进行比较。从比较中可以看出，所得到的常微分方程可以准确地再现球对称模型中沿径向和非径向测地线的距离-红移关系。非对称Szekeres模型中测地线的再现精度稍差，但仍然很好。这些结果表明，就业的扰动FLRW度量标准的光线追迹技术产生相当准确的结果，至少在距离红移的关系。然而，如果包括其他典型的光线跟踪近似，并且如果允许光穿过几个结构而不是一个结构，则该结论可能无效。

后牛顿宇宙学模型

Post-Newtonian Cosmological Modelling

我们开发了一种新的方法来建立宇宙学模型，其中小块的扰动闵可夫斯基空间连接在一起的反射对称边界，以形成一个全球性的，动态的时空。这个拼凑的宇宙的每一部分都是用后牛顿引力物理学描述的，宇宙的大规模膨胀是一种涌现现象。这种宇宙学方法不需要任何关于非局部平均过程的假设。我们的框架阐明了广义相对论的弱场极限与在一组对称性假设下求解爱因斯坦方程所得到的宇宙学解之间的关系。它还允许以明确的方式研究结构形成对宇宙大尺度膨胀的影响。作为一个明确的例子，我们使用这种形式主义来研究大量的规则排列的点状质量的宇宙学行为。在这种情况下，我们发现大规模的膨胀是很好地模拟了一个弗里德曼方程，其中包含的条款，采取形式的尘埃，辐射和空间曲率。辐射项虽然比尘埃项小，但纯粹是爱因斯坦方程非线性的结果。

规范与宇宙学反作用

Gauges and Cosmological Backreaction

我们提出了一种适用于一般时空和坐标的宇宙学空间平均的形式主义，并允许容易地纳入各种各样的物质来源。我们将这种形式主义应用于二阶扰动的Friedmann-LeMaitre-Robertson-Walker宇宙，并给出了在不固定规范下对背景的修正。然后，我们提出的修正，出现在一致曲率和共形牛顿规范。

一个引力势还是两个？预测和测试

One Gravitational Potential or Two? Forecasts and Tests

扰动Robertson-Walker时空的度规可以用三个函数来刻画：一个给出膨胀历史的标度因子和两个推广牛顿引力势的势。牛顿势导致了特殊的速度，并由此导致了物质涨落的增长。无质量粒子对牛顿势和曲率势的响应相等。这两种势的差异，称为引力滑移，在广义相对论中被预测为非常小，但在修正的引力理论中可能很大。这两种势能可以通过将弱引力透镜或综合萨克斯-沃尔夫效应与星系特有的速度或星系团结合起来，在宇宙学尺度上进行测量和引力测试。

天体物理学和宇宙学背景下的黑膜和黑弦

Black branes and black strings in the astrophysical and cosmological context

我们考虑Kaluza-Klein模型，其中内部空间是紧凑的平坦或弯曲的爱因斯坦空间。这种背景是由一个紧凑的引力体扰动的尘埃状状态方程（EoS）的外部/我们的空间和任意的EoS参数$Ω$在内部空间。在不对微扰度规的形式和微扰能量密度的分布作任何限制的情况下，我们对弱场极限下的Einstein方程和守恒方程进行了一般分析。所有的结论都来自这个分析。例如，我们证明了扰动模型是静态的，扰动度量保持块对角形式。在一个特殊的例子$Ω=-1/2$中，找到的解对应于黑弦/膜的弱场极限。黑弦/膜是紧凑的引力物体，具有拓扑（四维史瓦西时空）$\times$（$d$ -维内部空间）和$d\geq 1$。我们提出的论点，赞成这些对象。首先，它们满足参数化后牛顿参数$γ$的引力检验，其精度与广义相对论相同。第二，从经济学的角度来看，它们更可取。第三，在整个宇宙中平均，它们不会破坏内部空间的稳定。这些是黑弦/膜的天体物理学和宇宙学方面。

Null geodesic congruences, gravitational lensing and CMB intensity profile

It is known that the Cosmic Microwave Background (CMB) temperature fluctuations are modified by gravitational lensing since the angular positions of photons are altered by the metric perturbations. We reconsider this effect in the context of geodesic deviation on a perturbed Friedmann-Robertson-Walker (FRW) spacetime with scalar and tensor modes. We first give an alternative derivation of the Sachs-Wolfe effect by using the solutions of the null geodesic equation. Then, we determine the two-dimensional induced metric on the transverse cross section of the null geodesic congruence corresponding…

具有结构的宇宙中的红移漂移 II：在Newtonian N-body模拟中传播的光线

Redshift drift in a universe with structure II: Light rays propagated through a Newtonian N-body simulation

本研究基于GADGET-2与微扰FLRW度规计算模拟宇宙中的红移漂移，发现平均红移漂移等于平均红移的漂移，且光学漂移和特殊加速度贡献较小，与先前宇宙反作用模型结论相反。

由物质与曲率的非极小耦合引起的球体周围度规的扰动

Perturbation of the metric around a spherical body from a nonminimal coupling between matter and curvature

在这项工作中，一个非最小耦合引力模型的影响上的扰动闵可夫斯基度规。该模型的作用泛函包含Ricci标量曲率$R$的两个函数$f^1(R)$和$f^2(R)$。基于对两个函数$f^1(R)$和$f^2(R)$在$R = 0$周围的泰勒展开，我们发现球形物体周围的度规是弱场Schwarzschild度规的一个扰动：时间扰动是牛顿加汤川项，它可以用现有的实验结果来约束.我们的结论是，补充了广义预热机制的Starobinsky模型的通货膨胀是不受实验观测。该模型的大地岁差效应也被证明是无关的约束。

混合度规-Palatini引力模型中线性扰动的动力学性质

Dynamics of Linear Perturbations in the hybrid metric-Palatini gravity

在这项工作中，我们专注于新的混合度规-Palatini理论的线性微扰的演变，通过添加一个$f(\mathcal{R})$功能的引力作用。工作在约旦框架中，我们推导出一套完整的线性化演化方程的扰动势，并提出他们在牛顿和同步规范。我们还推导出泊松方程，并执行的透镜势，$Φ_{+}$，与$Λ$ CDM的背景演变的模型的演变。为了做到这一点，我们引入了一个设计师的方法，允许检索一个家庭的功能$f(\mathcal{R})$的有效状态方程正是$w_{\textrm{eff}} = -1$。我们的结论是，对于这个特定的模型，从标准的广义相对论和宇宙学常数模型的主要偏差出现在遥远的过去，与牛顿的潜力，$Φ$和$Ψ$之间的比率振荡签名。

相对论宇宙学中结构形成的拉格朗日理论。五、无旋流体

Lagrangian theory of structure formation in relativistic cosmology. V. Irrotational fluids

我们扩展的广义相对论拉格朗日微扰理论，最近开发的宇宙结构的形成在尘埃连续，包含一个单一的流体与单值解析状态方程的模型宇宙的情况下。使用基于共框架的扰动方法，我们调查的结构形成的压力支持的无旋流体，产生其静止框架时空叶理的演化方程。我们提供主方程的正压扰动的痕迹和无痕迹的部分，在扰动空间，后者描述的引力波在流体中的传播的演变一阶。我们说明了跟踪的线性状态方程和模型状态方程描述各向同性速度色散的演变，我们讨论了差异的尘埃物质模型，牛顿的情况下，和标准的微扰方法。