Future deceleration due to cosmic backreaction in presence of the event horizon
宇宙目前的加速导致宇宙学未来事件视界的形成。我们探讨了由于宇宙中的不均匀性，事件视界对宇宙学反反应的影响。从目前的加速时代的开始，我们表明，在存在的事件视界的逆反应导致加速减慢在随后的演变。最终会过渡到减速，以确保避免大撕裂。
2011-11-18 astro-ph.CO gr-qc
General backreaction force of cosmological bubble expansion
本文研究宇宙学一阶相变中气泡膨胀的普遍反作用力，将先前仅基于bag状态方程、作用于气泡壁及声波壳和激波波前的反作用力分析推广至更一般的模型。
2024-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Safely smoothing spacetime: backreaction in relativistic cosmological simulations
暗能量研究中一个持续的主题是它是否真的存在。人们经常声称，我们忽视了与平均大尺度结构相关的影响，从而错误地计算了宇宙学模型。在牛顿近似中，这一点很清楚：没有效应。然而，在完整的相对论图景中，由于涉及复杂的数学，这仍然是一个重要的悬而未决的问题。我们使用粒子数值模拟来研究这个问题，这些粒子数值模拟考虑了所有相关的相对论效应，而没有任何来自壳层交叉的问题。在这种情况下，我们第一次表明，从结构的反向反应可以不同的许多数量级取决于切片的时空选择平均。在最坏的情况下，在同步空间表面中进行平滑，校正可以达到10%或更多。然而，当在牛顿规范的恒时超曲面上平滑时，反反应贡献仍然小3-5个数量级。
2018-12-06 astro-ph.CO gr-qc
On non-Euclidean Newtonian theories and their cosmological backreaction
构造一个定义在非欧拓扑（Thurston分解意义下）上的牛顿理论的推广，称为非欧牛顿理论，对应于广义相对论的非相对论极限的零阶，是研究宇宙学中反反应问题的重要步骤，也可能是研究整体拓扑对结构形成的影响的有力工具。在给出了这样一个理论的精确数学定义，伽利略流形的概念的基础上，我们提出了两个这样的扩展，球形或双曲拓扑结构，使用最小的修改牛顿-Cartan方程。然而，就目前而言，我们并不寻求从广义相对论中证明这种修正。第一个命题的特点是一个非零的宇宙学反作用，但引力磁的存在和不可能进行精确的$N$体计算，使这个理论很难被解释为牛顿理论。第二个命题的特点是没有反作用，精确的$N$体计算是可能的，没有出现重力磁性。在没有广义相对论的证明的情况下，我们认为，这种非欧几里德牛顿理论应该被考虑，并可以用于研究拓扑结构的形成通过$N$体模拟的影响。为此，我们给出了$\mathbb{S}^3$中的质点引力场。
2022-06-22 astro-ph.CO gr-qc
Averaging over cosmic structure: Cosmological backreaction and the gauge problem
本研究在时空叶状结构框架下形式化不均匀宇宙演化，指出空间平均会产生依赖于规范的反作用，并利用巴丁形式体系提出规范不变的平均方法，适用于标准宇宙学模拟。
2024-07-16 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological backreaction and its dependence on spacetime foliation
在广义相对论中，宇宙学的逆反应问题经常通过依赖于坐标和基于度量的分析来处理。在这封信中，我们提出了一个平均形式主义的标量部分的爱因斯坦方程是坐标独立的，只有功能上依赖于一个度量。这种形式主义适用于一般的3+1时空叶理的任意流体倾斜流。我们澄清时空叶理的依赖，并认为这种依赖是弱的宇宙学设置。我们还介绍了一组新的平均方程，具有全球宇宙学时间，尽管设置的一般性，我们把有效的宇宙学的统计性质的角度来看。
2018-11-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological backreaction and the future evolution of an accelerating universe
我们调查的影响，由于不均匀性的逆反应对目前宇宙的演化在Buchert框架内。我们的分析表明，在宇宙事件视界的存在下，来自不均匀性的反作用如何导致宇宙当前的加速度在未来减慢，甚至在某些情况下导致未来减速时代的出现。
2013-06-12 astro-ph.CO
Late time anisotropy as an imprint of cosmological backreaction
大尺度结构对背景动力学的反作用效应被认为导致了背景动力学的重整化，这可能是宇宙膨胀后期加速的原因。本文强调，一般的平均流是局部各向异性的，一个属性，可以与观察。着重于扰动理论，空间平均剪切，表征的各向异性的流动，计算。结果表明，这种剪切所产生的反反应不同于均匀剪切：它的时间演化是不同的，它的振幅是完全由宇宙学参数和物质功率谱。它的范围在（2-37）%的红移为0.5级，使各向同性的哈勃流可能允许限制反反应的方法暗能量。
2012-09-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological backreaction in the presence of radiation and a cosmological constant
我们构建了包含辐射、宇宙学常数和周期性分布的不均匀物质的高精度宇宙模型。这些模型中的密度对比被允许是高度非线性的，宇宙膨胀被视为一种涌现现象。这是通过采用后牛顿形式主义的广义版本，并通过在反射对称结处将时空的非均匀区域连接在一起来实现的。使用这些模型，我们发现一般的表达式，精确和明确量化的小规模的不均匀性的影响，大规模的空间膨胀（一种效应被称为“反反应”，在文献中）。然后，我们继续专门我们的模型的情况下，物质场是由一个规则的点状粒子阵列。这使我们能够导出支配大尺度空间膨胀的涌现的弗里德曼式方程的极其简单的表达式。研究发现，辐射的存在往往会降低反反应效应的大小，而宇宙学常数的存在则只具有可以忽略不计的影响。
2017-02-22 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological backreaction within the Szekeres model and emergence of spatial curvature
本文讨论了Szekeres模型中的逆反应现象。宇宙学反反应描述了宇宙的平均整体演化如何偏离弗里德曼演化。分析是基于一个单一的宇宙学环境的模型和全球合奏的Szekeres模型（瑞士奶酪型和聚苯乙烯泡沫塑料型）。结果表明，宇宙结构的非线性增长与空间曲率$Ω_{\cal R}$（在FLRW极限$Ω_{\cal R} \to Ω_k$）的增长有关。如果在全球尺度上求平均，结果取决于假设的宇宙全球模型。在具有固定背景的Swiss-Cheese模型中，体积平均值遵循背景的演变，并且全局空间曲率平均为零（背景模型是空间平坦的$Λ$ CDM模型）。在没有固定背景的聚苯乙烯泡沫塑料型模型中，平均演化偏离了空间平坦的$Λ$ CDM模型，平均空间曲率从CMB处的$Ω_{\cal R} =0 $演化到$z =0$处的$Ω_{\cal R} \sim 0.1$。如果聚苯乙烯泡沫塑料模型正确地捕捉到了真实宇宙的演化特征，那么人们应该期待在我们的宇宙中，空间曲率应该建立起来（宇宙结构的局部增长），其平均全球平均值应该偏离零（反反应）。因此，本文预言低红移宇宙在空间上不应该是平坦的（即$Ω_k \ne 0$，即使在早期宇宙$Ω_k = 0$中也是如此），因此在分析低$z$宇宙学数据时，应该把$Ω_k$作为一个自由参数，独立于CMB约束。
2017-06-13 astro-ph.CO gr-qc
The cosmological backreaction: gauge (in)dependence, observers and scalars
我们讨论了几个问题，最近提出的建议，定义经典的空间平均值被用于所谓的宇宙学反作用问题。在大的平均体积极限中，所有的规范依赖性消失，不同的平均值可以由与不同的标量场相关联的观测者唯一地表征。强调了这种平均过程与标准平均过程的关系，并提出了一种选择不同观测者的规范不变方法。对于有限的平均体积，我们表明，在我们的建议，剩余的规范依赖性是左，但被抑制的几个影响。
2011-01-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Backreaction from inhomogeneous matter fields during large-scale structure formation
我们研究了宇宙流场的不均匀性如何对能量密度的均匀部分产生反作用，以及它们如何修改弗里德曼方程。一般来说，逆反应需要超越无压理想流体近似，这可能导致宇宙学大尺度结构的生长减少。由于观测证据有利于在线性制度的标准增长模式接近的演变，我们专注于双组分流体中的非理想流体的引力耦合到冷暗物质，并在其中的标准增长模式持续存在。这是实现，例如重子流体耦合到冷暗物质。我们计算这种情况下的反作用和广泛的其他两种流体模型。这里的效果被抑制，因为非理想的物质属性是数值太小，或者因为它们导致一个过于严格的紫外线截止的功率谱上的积分，确定逆反应。然后，我们从更广泛的角度讨论了物质场的反作用，并概括了形式主义，这样也可以在未来解决与宇宙学晚期和非线性尺度有关的远离平衡的情况。
2021-06-18 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic backreaction and Gauss's law
宇宙反反应是指一个均匀和各向同性的宇宙学模型是否能够预测我们的非均匀宇宙的正确膨胀动力学的一般问题。这个问题的一个方面涉及连续近似的有效性：点质量系统的膨胀方式与流体相同吗？这篇文章表明，这并不完全是牛顿引力的情况下，虽然相关的修正消失在一个无限的宇宙。事实证明，高斯定律是这种修正消失的关键因素。因此，反作用一般出现在其他引力理论中，这威胁到了它们宇宙学检验的可信度。这个现象可以用一个大质量引力的玩具模型来说明。
2017-06-06 astro-ph.CO gr-qc
Does small scale structure significantly affect cosmological dynamics?
宇宙的大尺度均匀性和各向同性通常被认为意味着一个定义良好的背景宇宙学模型。可能不会。平滑结构增加了额外的贡献，将权力从小尺度转移到大尺度。二阶微扰理论意味着影响很小，但表明形式上的微扰级数可能不收敛。这种效应的幅度实际上是由哈勃尺度在物质辐射平等和今天的比率决定的-这是完全无关的。这意味着今天温度明显较低的宇宙可能会在小尺度上产生更大的能量，从而为理解逆反应提供了理想的测试基础。我们研究这两个不同的N体数值模拟-一个3D牛顿和一个1D模拟，其中包括所有相关的相对论效应。我们表明，虽然微扰理论预测增加的反反应作为更多的初始小规模的功率被添加，事实上，结构的维里化饱和的反反应效应在同一水平上独立的平等规模。这意味着逆反应是一个独立于初始条件的小效应。尽管如此，它仍然可能在百分比水平上对某些宇宙学观测值做出贡献，因此在精确宇宙学中不能忽略它。
2015-02-06 astro-ph.CO gr-qc
Newtonian kinematical backreaction in cosmological $N$-body simulations with Delaunay Tesselation: "zero test" and scale dependence
不均匀性的反作用描述了不均匀结构对宇宙平均性质的影响。我们调查这种方法通过测试的一致性宇宙学$N$体模拟的非线性结构的演变。使用Delaunay镶嵌场估计（DTFE），我们计算的运动学的反作用$Q$从模拟不同的尺度，以衡量有多少$N$体模拟应纠正这种效果。这是创建完全相对论性和非均匀$N$体模拟的第一步。在本文中，我们比较了DTFE中可用的插值技术，并说明了$Q$作为长度尺度的函数的统计依赖性。
2016-04-03 astro-ph.CO
A gradient expansion for cosmological backreaction
通过构造一个基于梯度展开的尘埃主导宇宙时间演化度规的近似，讨论了非线性结构形成的宇宙学逆反应问题。我们的度量开始作为一个平面的弗里德曼-罗伯逊-沃克状态描述的一个近尺度不变，高斯，幂律分布的扰动，并在时间上演变，直到非线性结构已经形成。在描述并试图控制这种方法的实现中的某些复杂性之后，这个度量就形成了宇宙的工作模型。我们数值计算了该模型中的平均标度因子的演变，从而反作用。我们认为，尽管它的局限性，这个模型是更现实的比以前的模型，面临的问题的反作用。我们发现，在这个模型中，逆反应的\emph{instantaneous}效应可以大到背景的$\sim10%$。这表明，正确理解逆反应的\emph{cumulative}效应对于精确的宇宙学和未来对暗区的任何探索都是至关重要的。
2012-03-11 astro-ph.CO
Backreaction in Numerical Relativity: Averaging on Newtonian gauge-like hypersurfaces in Einstein Toolkit cosmological simulations
本文提出一种空间平均方案，利用 Einstein Toolkit 研究宇宙结构形成模拟中超曲面上的空间平均演化，发现宇宙反作用可忽略，但存在显著曲率涨落和流体流动，这对基于共动体积平均的研究具有重要意义。
2024-08-06 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological backreaction of a quantized massless scalar field
研究了宇宙学中量子化的最小耦合无质量标量场的反反应问题。本文利用视界下模的演化和超视界模的冻结这一事实，近似计算了一般Friedmann-Robertson-Walker背景下的正则化应力能量张量.验证了真空能量密度服从一个新的一阶微分方程，该方程依赖于一阶无因次参数，该参数校准了超视界/超视界的划分。我们通过计算固定背景下相应的真空能量密度来检验近似的有效性，这些结果与de Sitter空间和幂律展开时空中的已知结果一致.然后，我们将我们的研究结果应用于慢卷通货膨胀模型。虽然在近指数膨胀期间发现逆反应效应可以忽略不计，但在此期间产生的真空能量密度在后期阶段可能很重要，因为它比辐射或尘埃下降得更慢。
2011-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
On the role of shear in cosmological averaging II: large voids, non-empty voids and a network of different voids
我们研究了剪切对宇宙学反作用的影响，在匹配的背景下，空洞和墙壁一起使用精确的非均匀Lemaitre-Tolman-Bondi解决方案。推广JCAP 1010（2010）021，我们允许空隙的尺寸是任意的，并且空隙和壁的密度在0 < Omega_v < Omega_w < 1的范围内变化。我们导出了反反应的精确解析结果，并考虑了它的级数展开式，即空穴尺寸与视界尺寸之比r_0/t_0的幂。此外，我们推导出一个非常简单的拟合公式的反反应的误差小于1%的空洞的大小为r_0 = t_0。我们还构造了一个精确的解决方案，网络的空隙具有不同的大小和密度，导致一个非零的相对方差的膨胀率之间的空隙。虽然单个空穴-壁对的逆反应的首阶项为（r_0/t_0）^2阶，但网络中不同空穴之间的相对方差为（r_0/t_0）^4阶，因此对于观察到的尺寸的空穴来说非常小。此外，我们表明，即使是非常大的空隙，抑制的逆反应的数量级相对于通过处理的墙壁和空隙作为不相交的弗里德曼解决方案获得的估计。由于剪切的反作用的抑制是否只是所使用的精确模型的限制的结果，或一个通用的功能，必须解决更复杂的解决方案。
2010-12-17 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Backreaction in Spherical and Plane Symmetric Dust-Filled Space-Times
我们研究的实施Buchert的和绿色和Wald的平均形式主义在精确的球对称和平面对称的充满灰尘的宇宙模型。我们发现，给定一个宇宙时空，布歇特的平均计划给出了一个忠实的方式来解释大规模的空间膨胀，明确的条款，精确量化的行为预期从弗里德曼方程的均匀和各向同性的宇宙模型的偏差。另一方面，格林和瓦尔德形式主义似乎没有给出任何关于给定非均匀时空的大尺度性质的信息。相反，这种形式主义的目的是计算周围的一个给定的“背景”的几何形状的短波长波动的反向反应的影响。我们发现，在这种方法中推断的空间膨胀是完全依赖于这个背景的选择，这是不是唯一指定的任何给定的非均匀时空，并从小尺度结构的“反作用”在我们研究的每一种情况下消失。这似乎限制了格林和瓦尔德的形式主义在研究真实宇宙中大尺度膨胀的适用性，而真实宇宙也没有预先定义的背景。需要进一步的研究，以提高这些平均形式主义的评价和比较，并确定是否存在同样的困难，在不太理想化的时空几何。
2019-09-19 astro-ph.CO gr-qc
Does the growth of structure affect our dynamical models of the universe? The averaging, backreaction and fitting problems in cosmology
宇宙中的结构在很大的尺度上都存在。我们的大尺度宇宙学模型是对存在事物的粗粒度表示，其结构比实际少得多。宇宙学的一个重要问题是确定宇宙中的小尺度结构对其大尺度动力学和观测的影响。是否有一个显着的，广义相对论，反作用的影响，从平均结构？一个问题是，平滑结构的过程是否会导致加速项，从而改变宇宙学常数的表观值。如果不是这样的话，和谐宇宙学的其他方面是否也受到了逆反应效应的影响？尽管取得了很大的进展，这个“平均问题”仍然没有答案，但在精确宇宙学的时代，它不能被忽视。
2011-09-11 astro-ph.CO gr-qc
Backreaction during inflation: a physical gauge invariant formulation
在一个真正的规范不变的方法最近开发的宇宙学的反反应的计算，我们研究，在宇宙膨胀的背景下，相对于各种观察者，标量波动的时空动力学在长波长限制的影响。我们强调，这样的量子反作用的影响是评估在一个真正的规范独立的方式使用一组有效的方程描述的平均几何的动态。特别是，我们显示在什么条件下的自由落体（测地）观察员不经历任何标量引起的反作用的有效哈勃速率和流体状态方程。
2011-02-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological backreaction in higher-derivative gravity expansions
我们计算了一个一般的有效的应力-能量张量引起的宇宙学的不均匀性在有效的引力理论中的作用是泰勒展开的黎曼张量和协变导数的黎曼张量。这是一个有趣的有效流体，可能提供一个替代的宇宙学常数，但它也适用于引力波。我们使用的适应绿色和沃尔德的弱平均框架，平均超过扰动场方程中的扰动长度尺度是小的平均规模相比。在这种适应中，有效理论的长度尺度，$1/M$，与平均尺度相比也被认为是小的。这确保了当宇宙学平均尺度取得很大时，微扰长度尺度与有效理论的长度尺度保持固定的比例。我们发现，从高导数项的有效作用的反作用可以继续在宇宙晚期是重要的，足够高的频率的度量扰动源。这种逆反应也可能为远紫外线的奇异粒子物理学提供一个窗口。
2016-08-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
$f(R)$ gravity with broken Weyl gauge symmetry, cosmological backreaction, and its effects on CMB anisotropy
提出Weyl规范对称性破缺的$f(R)$理论，发现对称性破缺引发非最小耦合，导致Planck常数与宇宙学常数偏移，并影响标量微扰与CMB各向异性演化。
2023-05-09 astro-ph.CO gr-qc
Backreaction: directions of progress
均匀和各向同性的宇宙学模型与普通物质和重力预测慢膨胀和短的距离比观察到的。这种失败可能是由于与结构形成相关的均匀性和各向同性的已知破坏，而不是新的基础物理学。我们审查这一逆反应猜想，集中在主题上，已经取得了进展，以及开放的问题。
2011-08-03 astro-ph.CO gr-qc
Entropic backreaction from cosmic structure formation: a thermodynamic approach to the late-time cosmological tensions
Visva-Bharati University（维斯瓦-巴拉蒂大学）
本文提出一个统一的热力学框架，其中宇宙结构形成过程中产生的熵反作用同时修改背景膨胀历史和物质扰动增长，从而缓解哈勃常数和S_8张力。
2026-05-27 astro-ph.CO
Averaged universe confronted with cosmological observations: A fully covariant approach
广义相对论宇宙学中的一个突出问题是平均化问题。也就是说，我们在小尺度上观察到的明亮宇宙是如何平均到一个光滑的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克（FLRW）模型的。问题的根源在于，平均化不能与控制模型动力学的爱因斯坦方程交换。这就引出了宇宙学中众所周知的逆反应问题。在这项工作中，我们使用宏观引力（MG）的协变框架来处理这个问题。我们使用它的宇宙学解决方案与平坦FLRW宏观背景的平均宇宙不均匀性的结果已被封装到一个表示为$Ω_\mathcal{A}$的反反应密度参数。我们使用现有的宇宙学膨胀和增长数据集来约束这个平均宇宙，这些数据集包括第一次从普朗克温度各向异性和偏振数据中进行的完整CMB分析，来自Union 2.1的超新星数据，来自WiggleZ的星系功率谱，来自CFHTLenS调查的弱透镜层析剪切交叉相关和来自6Df的重子声学振荡数据，SDSS DR 7和BOSS DR 9。我们发现，$-0.0155 \le Ω_\mathcal{A} \le 0$（在68\% CL），从而提供了一个严格的上限上的反作用项。我们还发现，该术语是强烈相关的宇宙学参数，如$Ω_Λ$，$σ_8$和$H_0$。虽然小，几个百分点的反反应密度参数应该与其他系统学一起考虑精确的宇宙学。
2016-11-18 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Acceleration and a New Concordance from Causal Backreaction
提出了一种唯象形式，即宇宙的视加速度是由大尺度结构的形成产生的，从而消除了协调模型中宇宙学常数的大小和符合微调问题，以及动力学暗能量的潜在不稳定性问题.观察到的加速结果的组合效应的无数的局部扰动，由于个别维里化系统，重叠在一起的FRW度量的平滑非均匀调整，在一个过程中，由因果流的不均匀性信息向外从每个聚集的系统。在解释了为什么从文献中声称放置限制性限制后，反反应的参数是不适用于物理现实的宇宙学分析，我们提出了一个简单的参数化模型，能够拟合的光度距离数据从Ia型超新星基本上以及最适合的平面$Λ$ CDM模型，而不诉诸暗能量，任何修改重力，或当地的空白。同时，这些模型可以重现测量的宇宙学参数，如宇宙的年龄，空间平坦度所需的物质密度，现今的减速参数，以及宇宙微波背景的角度尺度，以合理接近其和谐值。区分这种宇宙学形式主义和$Λ$ CDM的一个潜在的观测特征可能是一个显著超过1的宇宙急动参数。
2012-06-12 astro-ph.CO gr-qc
Quantum backreaction of $O(N)$-symmetric scalar fields and de Sitter spacetimes at the renormalization point: renormalization schemes and the screening of the cosmological constant
本文考虑一般弯曲时空中具有四次$O(N)$对称势和耦合常数$λ$的$N$自相互作用量子标量场理论。本文分析了半经典Einstein方程在$1/N$展开式中首阶的重整化过程，给出了两种不同的重整化方案，即：传统的将时空几何设置为重整化点处的Minkowski几何的重整化方案和新的（最初在[1，2]中提出的）将时空几何设置为固定的de Sitter时空几何的重整化方案.特别地，我们研究了质量远小于膨胀率$H$的de Sitter时空中的场的量子反反应。我们发现在重整化点使用经典de Sitter背景解的方案是研究de Sitter时空量子效应最合适的方案。采用这种方案，我们得到了在没有$\lnλ$的对数增强因子的情况下，逆反应被$H^2/M_{pl}^2$抑制了，由于这种量子场的逆反应，经典宇宙学常数只受到很小的屏蔽.我们指出，使用新的计划也可以比传统的更适合于研究量子效应在其他时空相关的宇宙学。
2021-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
On the physical effects of consistent cosmological averaging
本文用宇宙学扰动理论研究了自洽的、定义良好的宇宙学平均对宇宙动力学和演化的反作用效应。在共动保体积规范下，利用微扰的Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker Einstein-de Sitter宇宙学解，计算了二阶膨胀标量和减速参数的表达式，并将其用于描述逆反应.我们发现哈勃参数相对于输入背景宇宙学模型的分数位移为Delta~10^{-5}，这导致了几倍于10^{-5}量级的有效能量密度。此外，我们发现，一个适当的措施的分数移位的减速参数Q是非常大的。
2013-08-23 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Backreaction for a Test Field Observer in a Chaotic Inflationary Model
在非均匀宇宙中，与特定物质场相关联的观察者不一定测量到与均匀和各向同性宇宙中的观察者相同的宇宙演化。在这里，我们认为，在一个混乱的暴胀背景模型的背景下，一类与“时钟场”，我们使用一个光测试场的观察员。我们计算的有效膨胀率和流体状态方程的规范不变的方式，考虑到量子涨落的长波长模式，并工作到二阶微扰理论和慢滚近似。我们发现，有效的膨胀率小于在没有波动的情况下测量的膨胀率。在随机的方法，我们研究的界限，我们的近似是一致的。
2013-01-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the role of shear in cosmological averaging
使用球对称的非均匀Lemaitre-Tolman-Bondi尘埃溶液，我们研究了剪切和反作用如何取决于空隙和墙壁之间的空间过渡的锐度和空隙的大小。这里考虑的空隙是物质密度为Ω ~ 0、膨胀率为Ht ~ 1的区域，而壁是物质密度为Ω ~ 1、膨胀率为Ht ~ 2/3的区域。结果表明，无论是体积平均剪切和膨胀率的方差增长成正比的过渡和发散的限制的阶跃函数的锐度，但对于现实尺寸的空隙，几乎是独立的空隙的大小。然而，由方差和剪切的差给出的反作用在阶跃函数极限中具有有限值。通过将反反应的精确结果与忽略剪切的情况进行比较，我们发现剪切对反反应的抑制系数为（r_0/t_0）^2，即空隙尺寸与视界尺寸的平方比。这说明了对不同膨胀率和密度的区域之间的界面使用精确解的重要性。这种抑制是合理的，也适用于补偿空洞网络，但如果宇宙由未补偿空洞主导，则可能不成立。
2010-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Acceleration from Causal Backreaction in a Smoothly Inhomogeneous Universe
提出了一种唯象形式，即宇宙的视加速度是由大尺度结构的形成产生的，从而消除了协调模型中宇宙学常数的符合和大小微调问题，以及动力学暗能量的潜在不稳定性问题.观察到的加速结果从无数的局部扰动的综合效果，由于个别维里化的系统，重叠在一起，在一个平滑的非均匀调整的FRW度量，在一个过程中，由因果流的不均匀性信息向外从每个聚集的系统。我们讨论了几个参数，从文献中声称放置急剧限制的强度后，backreaction相关的影响，并显示为什么这样的论点是不适用于物理现实的宇宙学分析。一个简单的参数化模型的选择，其中包括几个能够拟合的光度距离数据从Ia型超新星基本上以及最适合的平面$Λ$ CDM模型，而不诉诸于暗能量，任何修改重力，或当地的空白。同时，这些模型可以重现测量的宇宙学参数，如宇宙的年龄，空间平坦度所需的物质密度，现今的减速参数，以及宇宙微波背景的角度尺度，以合理接近其和谐值。最后，我们考虑潜在的观测签名，区分这种宇宙学形式主义从$Λ$ CDM或暗能量，以及可能的长期命运，这样一个宇宙的影响范围不断扩大，其日益叠加的扰动。
2012-06-12 astro-ph.CO gr-qc
Angular distribution of cosmological parameters as a probe of inhomogeneities: a kinematic parametrisation
我们使用的光度距离的运动学parametrisation测量的角度分布在天空中的时间导数的比例因子，特别是哈勃参数H_0，减速参数q_0，和加加速度参数j_0。我们应用最近发表的一种方法，通过宇宙膨胀中的不均匀性来补充探测大尺度结构的不均匀性。这种参数化是独立的宇宙状态方程，这使得它足以测试宇宙加速替代宇宙学常数的解释。对于同质像素的非同质系综的相同分析玩具模型，我们推导出由于{H_0，q_0}的波动引起的j_0中的反反应项，并测量出它是在没有反反应的情况下像素上的相应平均值的10^{-2}倍。与使用Lambda CDM参数化的光度距离计算的结果一致，对q_0的逆反应效应保持在检测阈值以下。虽然对j_0的反反应效应大约是对q_0的10倍，但它也低于检测阈值。因此，在q_0和j_0中都不能观察到逆反应。
2016-07-12 astro-ph.CO
Einstein's Universe: Cosmological structure formation in numerical relativity
我们进行大规模的宇宙学模拟，直接通过数值相对论求解爱因斯坦方程。从宇宙微波背景采样的初始条件开始，我们跟踪宇宙网的出现，而不需要背景宇宙学。我们测量了物质主导宇宙中大尺度结构对平均量演化的反作用。虽然我们的结果是初步的，我们发现全球的逆反应能量密度是$10^{-8}$的顺序相比，在我们的模拟物质的能量密度，因此不太可能解释加速膨胀根据我们的假设。在我们选择的规范中，在宇宙均匀性尺度（$100-180\,h^{-1}$ Mpc）以上的采样尺度，我们发现局部空间曲率的$2-3\%$变化。
2019-02-25 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological zoom-in perturbation theory as a consistent beyond point-particle approximation framework
Institute of Cosmology & Gravitation, University of Portsmouth（宇宙学与引力研究所，朴茨茅斯大学）；Department of Physics, University of the Western Cape（物理系，西开普大学）；Hierarchical Intelligence Lab, Divine Estate, Charlesco Phase 2, Warri , Delta State, Nigeria（层级智能实验室，Divine Estate, Charlesco Phase 2, Warri, 德尔塔州, 尼日利亚）
本文提出一种多尺度框架，通过分解时空为层级区域解决广义相对论中测地线流动失效的问题，为宇宙放大模拟提供理论基础，并展示几何反作用自然产生平坦星系旋转曲线。
2026-04-15 astro-ph.CO gr-qc
Backreaction as an alternative to dark energy and modified gravity
在宇宙晚期，具有普通物质和引力的均匀和各向同性宇宙学模型的预测偏离了两倍。一种可能的解释是由于非线性结构的形成，均匀性和各向同性的已知破坏。我们回顾了不均匀性如何影响平均膨胀率，并可能导致加速，并考虑一个半现实的模型，其中观察到的时间尺度为100亿年出现的结构形成。我们还讨论了平均膨胀率与观测量之间的关系。
2010-12-03 astro-ph.CO gr-qc
Negative Energy Cosmology and the Cosmological Constant
众所周知，弦论在反德西特空间上自然是紧化的，然而宇宙学观测并没有显示出在早期宇宙演化中存在负宇宙学常数的证据。在这封信中，我们提出了两个简单的非局部修改的标准弗里德曼宇宙学，可以导致观测可行的宇宙学与初始（负）宇宙学常数。我们包括的非定域算子是量子宇宙学反作用的玩具模型。在模型I中，初始准周期振荡时期之后是暴胀和后期物质时代，代表暗物质候选者。模型II中的反作用迅速补偿了负宇宙学项，使得里奇曲率标量迅速接近零，宇宙最终进入了晚期辐射时代。
2011-04-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Hydrodynamic backreaction force of cosmological bubble expansion
作为探索早期宇宙中超越粒子物理标准模型的新物理的一个有希望的探索，对宇宙学一级相变的随机引力波背景的预言在很大程度上依赖于由气泡膨胀动力学确定的气泡壁速度。气泡膨胀动力学是由有效电势差的驱动力和反作用力之间的竞争，从一个总和的热力和摩擦力引起的温度跳跃和跨气泡壁的平衡效应，分别。在本文中，我们提出了一个流体动力学评价这个总反作用力的非失控稳态气泡膨胀，其中，在壁界面评价后，准确地再现了压力差$Δ_\mathrm{wall}[(\barγ^2-1)w]$先前获得的总能量-动量张量在壁界面的交界处的条件，其中$w$是焓和$\barγ\equiv(1-\bar{v}^2)^{-1/2}$是洛伦兹因子的壁框架流体速度$\bar{v}$。
2023-01-30 astro-ph.CO hep-ph
On the Green and Wald formalism
宇宙学背景下的逆反应是一个长期存在的问题，在当今精确宇宙学时代尤为重要。均匀背景加密度扰动的标准模型很可能过于简化，预计无法完全解释近未来精度低于%的观测结果。从理论的观点来看，逆反应的问题非常复杂，值得仔细研究。最近，Green和Wald在一系列论文中声称已经开发了一种形式主义来正确描述密度不均匀性对宇宙平均属性的影响，即，backreaction效应。这个框架的简要讨论，重点放在它的缺点和误解，出现在“backreaction辩论”。
2015-12-09 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Backreaction in de Sitter: A Canonical ADM Approach
Aix Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, CPT（艾克斯马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，CPT）
本研究采用正则 ADM 框架探究德西特时空中暴胀的引力 backreaction，发现单圈阶 backreaction 可重整化宇宙学常数与哈勃参数的关系，且不同 backreaction 表示在物理上等价。
2026-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological perturbations on an averaged background
School of Physical & Chemical Sciences, University of Canterbury（坎特伯雷大学物理与化学科学学院）
本文通过协变空间平均与协变且守恒的扰动理论结合，研究非线性不均匀性对晚期膨胀的反作用，分析其对大尺度结构线性增长的影响，并通过四个平均宇宙模型验证了反作用效应的重要性。
2025-12-09 astro-ph.CO gr-qc
On inflating magnetic fields, and the backreactions thereof
我们更深入地研究了在暴胀时产生宇宙学磁场的模型中的反作用问题。通过选择不同的、由物理驱动的参数化，我们能够分离出问题的核心，也就是说，除了所需的磁场之外，还存在着它的电对应物，后者通常更强、更红。我们还能够以一种独立于暴胀和电磁之间耦合的规范的方式，识别出更多交织在一起的弱点（通常非常高的暴胀尺度，暴胀处理的模式谱的宽度，放大机制对处理的能量尺度的盲目性）。尽管已经将问题剥离到核心，但遇到的障碍似乎无法克服，从而对作为宇宙磁性孵化器的暴胀提出了挑战。
2011-12-13 astro-ph.CO hep-ph
Structure Formation and Backreaction in Growing Neutrino Quintessence
中微子质量对暗能量标量场的依赖性可以为暗能量的“为什么现在”问题提供一个解决方案。由此产生的宇宙学模型的动力学，不断增长的中微子精华，包括中微子之间的吸引力大大超过重力。我们提出了一个全面的方法，对完整的宇宙学演化的理解，包括大规模中微子结构的形成。我们考虑的重要影响是暗能量的局部变化和背景演化的反反应，以及相对论中微子速度。为了这个目的，我们开发了一个相对论的N体处理的中微子结合明确的计算本地的quintessence字段。在其当前阶段，模拟方法在z ~ 1之前是成功的，并且揭示了丰富的现象学。我们获得了大尺度中微子结构的形成及其对物质演化、暗能量和宇宙晚期膨胀的影响的详细图像。
2012-06-18 astro-ph.CO
Mimicking Dark Energy with the backreactions of gigaparsec inhomogeneities
空间平均和时间演化是广义相对论中的非交换操作，这对FLRW模型的可靠性提出了质疑。宇宙不均匀性引起的反反应的重要性的长期存在的问题是解决一个玩具模型假设在原始的密度扰动谱和一个简单的CDM宇宙学的峰值。初始哈勃大小的不均匀性的反作用确定在一个完全相对论的框架，从一系列的模拟使用BSSN形式主义的数值相对论。在FLRW图像中，这些逆反应可以有效地描述为两个所谓的形态子标量场，其中一个在后期的作用就像一个微小的宇宙学常数。初始密度对比范围从$10^{-2}$到$10^{-4}$，分别在$z\sim 45 $和$z\sim 1000$之间的哈勃半径范围内，即同步移动的千兆秒差距尺度，模拟了一个暗能量（DE）成分，当外推到今天时，它可以达到$Ω_{\mathrm{DE}} \approx 0.7$。类似的效果是不排除较低的密度对比度，但我们的结果，然后强烈污染的数值噪声，因此几乎不可靠。这种情况下的一个潜在的可检测的签名是一个幻影状的状态方程$w< -1$，在红移$z\gtrsim 4$的密度对比度$10^{-2}$最初，慢慢放宽到$w \approx -1$今天。这类新的场景将把暗能量的微调和巧合问题送回原始功率谱增强的起源机制，可能是在暴胀的背景下。
2017-02-22 astro-ph.CO gr-qc
Late-time quantum backreaction of a very light nonminimally coupled scalar
研究了极轻（$m \!\lesssim\! H_{\text{today}}$）非最小耦合旁观者标量场的量子涨落对宇宙膨胀动力学的反作用.这些波动的能量动量张量的单圈期望值，作为反作用的措施，计算整个膨胀历史从早期的暴胀宇宙，直到最近的加速开始今天。我们证明，当非最小耦合$ξ$到里奇曲率为负（$ξ_c \!=\! 1/6$对应于共形耦合）时，量子反反应在暴胀过程中呈指数增长，这样它就可以增长得足够快（在几百个e折叠内），直到晚期才能存活下来，并构成正确大小的宇宙学常数类型的贡献，以明显改变膨胀动力学。这个模型的独特之处在于，在相当一般的假设下，暴胀为解释宇宙后期加速膨胀所需的初始条件提供了自然的解释，使其成为一个特别有吸引力的暗能量模型。
2015-12-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The dark energy phenomenon from backreacation effect
本文利用Buchert的空间平均方法，将暗能量现象解释为宇宙小尺度不均匀性引起的平均效应。本文考虑了两个模型，一个模型假定在足够晚的时间，反反应项${\cal Q}_\CD$和平均的空间Ricci标量$\average{\CR}$服从体积标度因子$a_\CD$的标度律，另一个模型假定在最近宇宙中反反应项${\cal Q}_\CD$是常数.由于有效的几何引入的Larena等。在他们以前的工作中，我们用最新的Ia型超新星和哈勃参数观测对这两个反反应模型进行了比较，结果表明常数反反应模型略优于另一个模型，并且在定标反反应模型中参数$n$的$1σ$置信区间内，在足够晚的时间，$\mid{\cal Q}_\CD\mid$随体积标度因子$a_\CD$的增加而减小.此外，数值模拟结果表明，常数反反应模型预测的膨胀率和减速膨胀率比其他模型的红移高于约1，和两个反反应项开始加速宇宙在红移约0.6。此外，通过面对标准宇宙学模型对相同的数据集，我们发现，有效的几何结构往往推动约束向一个较小的宇宙学常数项。
2020-11-18 astro-ph.CO
Angular distribution of cosmological parameters as a probe of space-time inhomogeneities
本文发展了一种基于宇宙学参数在天空中的角分布来探测大尺度结构和宇宙加速度的不均匀性的方法。我们证明了这种方法的最大的Ia型超新星（SN）的数据集，迄今为止，由联合光曲线分析（JLA）合作汇编，因此，考虑影响光度距离的宇宙学参数。我们把超新星样本分成等表面积的像元，并估计出使每个像元中距离模的卡方拟合最小的宇宙学参数，从而产生宇宙学参数图$\{Ω_{M}, Ω_Λ, H_{0}\}.$。在采样差的像元中，测量到的波动主要是由于SN巡天的不均匀覆盖;相比之下，在良好采样的像素中，测量结果足够稳健，足以表明真实的波动。我们还测量各向异性的参数通过计算功率谱的相应地图的参数高达$\ell=3.$对于一个分析玩具模型的非均匀合奏的均匀像素，我们推导出反向反应项的减速参数由于整个天空的波动$H_{0}$和测量它是为了$10^{-3}$倍的相应平均在没有反向反应的像素。我们的结论是，考虑玩具模型，逆反应是不是一个可行的动力学机制，以模仿宇宙加速。
2016-07-12 astro-ph.CO
Multiscale cosmology and structure-emerging Dark Energy: A plausibility analysis
宇宙学的逆反应表明宇宙的结构形成和膨胀历史之间存在联系。为了定量地研究这种联系，我们动态地研究了宇宙的体积划分为过密和欠密区域。这使我们能够跟踪结构的形成，使用过密区域的体积分数$λ_{\CM}$作为其特征参数。利用宇宙学扰动理论的结果，并将主导模外推到非线性区域，我们构造了一个包含$λ_{\CM_{0}}$、物质密度$Ω_{m}^{\CD_{0}}$和哈勃速率$H_{\CD_{0}}$的三参数宇宙膨胀历史模型.以标准值为$Ω_{m}^{\CD_{0}}$和$H_{\CD_{0}}$以及一个合理的值为$λ_{\CM_{0}}$，我们从$N$ -体模拟，我们确定相应的量的反作用和空间曲率。我们发现，所获得的值，足以产生今天的结构也导致$Λ$ CDM-样的行为的比例因子，参数化由相同的参数$Ω_{m}^{\CD_{0}}$和$H_{\CD_{0}}$，但没有一个宇宙学常数。然而，$λ_{\CM}$的时间行为不能忠实地再现结构形成历史。然而，令人惊讶的是，该模型与低物质含量（$Ω_{m}^{\CD_{0}}\approx3\%$）假设的结构形成相匹配，这一结果暗示了对运动学暗物质的部分逆反应效应的不同解释。（截短）
2010-08-17 astro-ph.CO gr-qc
Accelerating cosmological expansion from shear and bulk viscosity
宇宙流体中局部速度扰动引起的能量耗散影响空间平均流体动力场的时间演化和爱因斯坦场方程的宇宙学解。我们展示了这种反作用效应如何取决于剪切和体积粘度和其他材料的性质的黑暗部门，以及频谱的扰动。如果足够大，这种效应可以解释宇宙膨胀的加速。
2015-03-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Lagrangian theory of structure formation in relativistic cosmology II: average properties of a generic evolution model
研究了一般非均匀宇宙学模型的运动学和动力学性质，空间平均相对于自由落体（广义基本）观察员，物质模型无旋尘埃。转述以前的牛顿的调查，我们提出了一个相对论性的概括的反反应模型的基础上体积平均的相对论性Zeldovich近似。在这个模型中，我们调查的宇宙学参数的演变，因为它们被定义在一个平均的非均匀宇宙学的运动学的反反应的效果，我们表明，反反应模型之间的正交对称性之间的插值覆盖的子情况下的平面对称的解决方案，Lemaitre-Tolman-Bondi解决方案和Szekeres解决方案。因此，我们得到了一个强大的模型，奠定了基础，定量解决曲率不均匀性，因为它们将被解释为暗能量或暗物质在准牛顿宇宙学。本模型，具有有限的架构，由于假定FLRW背景，然而，能够取代1/4的所需量的暗能量域的直径为200 Mpc的典型（一西格玛）波动的CDM初始功率谱。然而，该模型远远不能在更大的尺度上（空间上）解释暗能量，其中对400 Mpc域的6%的影响可以追溯到今天的平均负内禀曲率。的定量结果的一个缺点是，时代时，反作用是有效的大尺度上，并导致体积加速在于未来的事实。我们讨论这个问题的初始光谱，暗物质的问题，巧合的问题，以及事实上，大规模的暗能量是对过去的光锥（而不是空间）的影响，我们指出未来研究的关键要素。
2013-06-11 astro-ph.CO gr-qc
Technically Natural Cosmological Constant From Supersymmetric 6D Brane Backreaction
我们提供了一个高维模型的明确例子，该模型描述了质量为M的四维粒子的非超对称谱，其四维几何-- { \em包括环效应} --具有R ~ m_KK ^4/M_p^2阶的曲率，其中m_KK是额外维的卡鲁扎-克莱因尺度，M_p是四维普朗克常量。m_KK是稳定的并且可以特别地满足m_KK << M。该系统由一个（5+1）维模型与通量稳定的超对称体耦合到非超对称物质局域在（3+1）维正张力膜。我们使用最近的技术来计算额外的维度如何对膜性质的变化做出反应，以表明（在经典水平上）低能4D几何是完全平坦的，与膜张力的值无关。它这样做的机制是体与膜之间稳定通量的转移。该模型的紫外完备性可以在比M大得多的尺度上出现，从而允许计算量子效应，如真空中非常大质量粒子的零点能量。我们发现，膜局部循环不影响的4D曲率在所有，但批量循环可以。这些可以在一般的基础上进行估计，我们证明了超对称性决定了它们产生的曲率一般为m_KK ^4/M_p^2阶。对于现实应用，这指向一个具有两个超对称额外维度的世界，其中体超对称性在亚eV KK尺度上被破坏-正如hep-th/0304256中提出的那样-需要略高于10 TeV的6D重力尺度。普通的标准模型粒子是膜定域的，根本不是超对称的（特别意味着没有超伴子或MSSM）。我们讨论了该模型如何回避各种不去定理，将天真地排除它，并简要概述了几个引人注目的观测引力测试和大型强子对撞机的影响…
2011-08-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Optical depth to reionization in a Universe with multiple inhomogeneous domains
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Università di Roma “La Sapienza”（罗马第一大学）
利用Buchert平均形式主义，研究包含物质不均匀性反馈的宇宙学设置中的再电离光学深度，通过多域模型参数化并使用PantheonPlus+SH0ES超新星样本进行MCMC分析，得到τ_reion=0.0581，更接近观测估计，并适度缓解哈勃张力。
2026-06-12 astro-ph.CO
On the cosmological constant problem
爱因斯坦-希尔伯特作用量相对于普朗克质量的另一个变化提供了对平均里奇标量的约束，防止真空能量受到引力作用。考虑到宇宙中不均匀物质分布的演化，以及对最终形成孤立的引力束缚结构的不连续物质单元的平均约束的评估，产生了自洽地产生背景的宇宙学常数的逆反应效应。我们在这些孤立结构形成的位置上的一致先验意味着对当前$Ω_Λ=0.704$的宇宙学常数能量密度参数的平均期望，从而引起宇宙膨胀的后期加速和物质的一致电流能量密度。
2019-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
