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
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 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
Apparent Acceleration and an Alternative Concordance from Causal Backreaction
一个唯象的形式主义，其中宇宙的表观加速产生的宇宙结构的形成，没有诉诸暗能量，重力的修改，或当地的空白。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。在注意到如何共同的论点声称限制反反应是物理上不现实的，模型提出了适合超新星光度距离数据基本上以及$Λ$ CDM，同时带来了几个重要的宇宙学参数，以一个新的和谐。这些目标都是通过我们的形式主义的第二代版本实现的，该版本解释了由于引力不均匀性信息的传播减慢而导致的因果反作用对自身的负反馈。
2012-07-25 astro-ph.CO gr-qc
Effective Inhomogeneous Cosmologies and Emerging Scalar Fields
在这方面的贡献，我们总结了最近的两个应用程序的平均非均匀宇宙学和一个有效的标量场（“形态”）之间的对应反反应项。反作用项，添加到弗里德曼运动学定律的标准源，并出现从几何曲率不变量建立的不均匀性，可以解释在尘埃物质源的情况下的最小耦合标量场。我们认为封闭条件的平均方程，导致不同的演化：a）的标准Chaubergin方程的状态施加的运动学波动和内在曲率的空间部分之间的有效关系，和b）出现的爱因斯坦真空的不均匀性，其中平均曲率的不均匀性模型的潜在的一个有效的经典暴胀的情况。
2010-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Comparative study of the strong backreaction regime in axion inflation: the effect of the potential
本研究系统探究轴子暴胀中强背反应机制下势能的影响，发现新特征具有普遍性，主要差异在于暴胀延长，且均匀背反应方法不适用于该机制。
2025-05-26 astro-ph.CO hep-ph
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
Multiscale approach to inhomogeneous cosmologies
不均匀性对宇宙整体膨胀历史的反作用表明，结构的形成可能与最近的加速膨胀有关。在本文中，这一猜想的起源说明和模型没有暗能量，允许更明确的调查，这一联系进行了讨论。除了这个概念上有趣的功能，该模型导致LCDM样的距离红移关系，是与SN数据一致。
2011-03-08 astro-ph.CO gr-qc
An exact quantification of backreaction in relativistic cosmology
宇宙学中一个重要的开放性问题是，爱因斯坦方程的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克（FLRW）解在多大程度上能够模拟局部非均匀可观测宇宙的大尺度行为。我们调查这个问题，考虑一系列的爱因斯坦的约束方程的精确的n体解。这些解决方案包含离散的质量，因此允许任意大的密度对比被建模。我们限制我们的研究，定期安排分布的质量拓扑3球。这样做的好处是可以与FLRW解进行直接的比较，因为两个时空都承认一个离散的对称群。它还提供了一个时间对称的超曲面在最大扩展的时刻，允许约束方程精确求解。我们发现，当宇宙中所有的质量都凝聚成少量的物体（<10）时，尘埃模型中的逆反应量可能很大，与相应的FLRW解的预测偏差为O（1）。然而，当质量数很大（>100）时，我们对反反应的测量就变小了（<1%）。这个结果不依赖于任何平均过程，这在广义相对论中是出了名的难以唯一定义的，因此（就我们所知）提供了广义相对论宇宙学模型中反反应的第一个精确和明确的证明。因此，诸如此类的离散模型可以用作实验室，以测试有关逆反应的想法，这些想法可以应用于更复杂和现实的环境中。
2013-08-28 astro-ph.CO gr-qc
Relative information entropy of an inhomogeneous universe
在平均的非均匀宇宙模型的背景下，我们提出了一个自然的措施相同的Kullback-Leibler相对信息熵，它表示的局部非均匀密度场从其空间平均在任意紧域的可扩展性。这种测量预计将是一个时间上的增函数，因此在研究引力熵中发挥重要作用。为了验证这一猜想，我们探索的时间演化的措施，使用线性微扰理论的空间平坦FLRW模型和球对称非线性解决方案。我们讨论的一般性和条件的时间增加的性质的措施，也连接到反作用所造成的不均匀性。
2010-11-25 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
Inhomogeneous cosmology in an anisotropic Universe
随着精确宇宙学时代的到来，即将到来的调查预计将进一步提高我们观测的精度，使其低于百分比水平，确保我们的理论宇宙学模型的准确性至关重要。目前我们的观测和标准宇宙学模型的预测之间的紧张关系引发了人们对扩展模型以包括新物理的好奇心。尽管如此，一些建议包括简单地解释我们宇宙的某些方面，这些方面在标准模型中被忽略了。一个例子承认了这样一个事实，即我们的宇宙在小尺度上包含着显著的密度对比;以星系、星系团、细丝和空洞的形式存在。这种小尺度的结构在标准模型中被平滑化了，通过假设物质分布的大尺度均匀性，由于爱因斯坦方程的非线性，这可能会产生可测量的影响。这种小尺度结构对大尺度动力学的反作用被认为可以解释宇宙的加速膨胀率。目前的标准宇宙学模拟通过假设纯牛顿动力学而忽略了广义相对论的影响。在这篇论文中，我们采取了第一步量化的小尺度结构的反作用，通过执行宇宙学模拟，直接解决爱因斯坦的方程。像这样的模拟将使我们能够量化对我们的观测的潜在重要影响，随着这些观测的精度在未来的提高，这些影响可能变得可测量。
2019-10-29 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic averaging over multiscaled structure: on foliations, gauges and backreaction
本文提出一种基于宇宙叶状结构的完全几何框架，证明传统空间平均产生的反作用项依赖于规范选择，并构造出规范不变的固有时叶状结构平均方法，使其适用于标准宇宙学模拟。
2024-08-16 astro-ph.CO gr-qc
Testing backreaction effects with type Ia supernova data and observational Hubble parameter data
在空间平均的非均匀宇宙中，逆反应项${\cal Q}_\CD$和空间平均的Ricci标量$\average{\CR}$可以组合成理想流体的有效能量密度$\varrho_{\rm eff}^{\CD}$和压力$p_{\rm eff}^{\CD}$，它们可以作为逆反应效应的新的有效源.为了模拟反反应的现实演变，我们采用了有效完美流体状态方程（EoS）的Chevallier-Polarski-Linder（CPL）参数化。为了处理后向反应背景下的观测，本文采用了两种度量来描述晚时宇宙，一种是标准的Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker（FLRW）度量，另一种是由Larena等人引入的带有演化曲率参数的模板度量.等人在\cite{larena2009testing}中。利用Ia型超新星（SN Ia）数据和哈勃参数观测数据（OHD）对CPL反反应模型进行了两种度量的拟合，发现当反反应模型中加入模板度量时，两个数据集之间的参数张力较大，因此我们认为几何瞬时空间常曲率$κ_{\CD}$的规定需要修改.
2022-05-19 astro-ph.CO
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
Mass function of galaxy clusters in relativistic inhomogeneous cosmology
目前的宇宙学模型（$Λ$ CDM）与基本的FLRW度规依赖于局部各向同性的假设，因此宇宙的均匀性。当人们试图从广义相对论的第一原理证明这个模型是宇宙的平均描述时，困难就出现了，因为一般来说，从平均度规建立的爱因斯坦张量不等于平均应力-能量张量。在这种背景下，这些量之间的差异被称为“宇宙学反作用”，并且已经成为宇宙学家和相对论者之间科学辩论的主题超过$20$年。本文提出了解决这个问题的一种方法，即对爱因斯坦方程的标量部分进行平均，并将其应用于星系团的宇宙学质量函数。
2017-03-12 astro-ph.CO gr-qc
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
Inhomogeneity effects in Cosmology
这篇文章着眼于如何非均匀时空模型可能是宇宙学的重要。首先，它着眼于如何平均过程可能会影响大尺度动力学，与反作用的影响，导致有效的平均能量动量张量的贡献。其次，它认为如何局部不均匀性可能会影响宇宙学观测宇宙学，可能会显着影响和谐模型参数。第三，它提出了宇宙在哈勃尺度上空间不均匀的可能性，违反哥白尼原理导致宇宙明显加速。这甚至可能消除对暗能量假设的需要。
2011-03-11 astro-ph.CO gr-qc
Observations in statistically homogeneous, locally inhomogeneous cosmological toy-models without FLRW backgrounds
本文研究无FLRW背景的统计均匀、局域非均匀宇宙学玩具模型中的观测，通过比较平均红移-距离关系和红移漂移，发现红移漂移可区分局域与全局效应，是检验反作用猜想的重要工具。
2020-09-11 astro-ph.CO
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
Inflating an Inhomogeneous Universe
虽然宇宙膨胀可以消除原始的不均匀性，但膨胀可能不会在一个显著不均匀的宇宙中开始。这个问题是特别紧迫的多场的情况下，即使是均匀的动力学可能依赖于敏感的初始配置。本文提出了一个初步调查的多场模型中的通货膨胀的发病，通过定性的基于格子的模拟，不包括当地的引力反作用。使用混合通货膨胀作为一个测试模型，我们的研究结果表明，小subhorizon不均匀性发挥了关键作用，在确定通货膨胀是否开始在多场的情况下。有趣的是，一些配置不膨胀的均匀极限“成功”后，包括不均匀性，而其他初始配置膨胀的均匀极限“失败”时，不均匀性添加。
2014-08-19 astro-ph.CO
Averaged Lemaître-Tolman-Bondi dynamics
我们认为宇宙学的反反应效应在Buchert的平均形式主义的基础上明确的解决方案的Lemaintre-Tolman-Bondi（LTB）动力学是线性的LTB曲率参数，并有一个不均匀的爆炸时间。体积哈勃率被发现的体积比例因子，这代表了一个推导的最简单的唯象解决方案的Buchert的方程，其中的分数密度对应于平均曲率和运动学反作用明确确定的参数的基础LTB解决方案的边界处的平均体积。这种结构代表了一个完全可解的玩具模型，但它并不能充分描述我们的“真实”宇宙。
2016-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Observational Aspects of an Inhomogeneous Cosmology
宇宙学中最大的谜团之一是暗能量，这是解释宇宙在标准模型中加速膨胀所必需的。但是，也许我们可以在不引入新物理学的情况下解释这些观测结果，只需后退一步，重新审视宇宙学的基本概念之一，均匀性。在标准宇宙学中，假设宇宙是均匀的，但这在小尺度（<200 Mpc）下是不正确的。由于作为现代宇宙学基础的广义相对论是一个非线性理论，人们可以预期在物质分布不均匀的情况下会有一些反反应。对这些反反应（反馈）的大小的估计从微不足道到完全能够解释宇宙的加速膨胀。最后，唯一可以确定的方法是用观测数据来检验非均匀宇宙学理论的预测，比如时间逃逸宇宙学。如果这些理论提供了对宇宙的有效描述，那么除了其他影响之外，人们还可以预期哈勃参数对视线物质分布的依赖性。位于一定距离的星系的红移预计会更小，如果视线中的环境主要是高密度（集群），而不是主要是低密度环境（空洞）。在这里，我们提出了一个测试这个预测使用红移和基本面距离的椭圆星系从SDSS DR8数据。为了得到可靠的统计数据，以处理距离估计中的不确定性和由于特殊运动而产生的自然散射，人们必须系统地研究大量的星系。因此，SDSS形成了测试时间逃逸宇宙学和类似理论的完美基础。这个宇宙学测试的初步结果显示在这方面的贡献。
2012-11-08 astro-ph.CO
Toward physical cosmology: focus on inhomogeneous geometry and its non-perturbative effects
我们概述了构建一个物理的，完全相对论性宇宙学的关键步骤。不均匀性对宇宙有效演化历史的影响被编码在反作用项中，并通过空间平均几何不变量表示。这些都是缺席的和潜在的候选人失踪的暗源在标准模型。由于它们可以被解释为一个新兴的标量场（morphon）的能量，我们的立场，提出一个策略，如何现象学的标量场模型的暗能量，暗物质和通货膨胀，通常被添加到一个基本的来源，一个奇异几何（FLRW）宇宙学，可以潜在地追溯到空间的非均匀几何性质和嵌入到时空。我们提出了一系列的论证，到目前为止，这些论证只是定性的，是结论性的，我们还讨论了与观测结果的解释有关的定量性质的公开问题。我们在一个协变的框架内讨论... [删节]
2011-06-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
The background Friedmannian Hubble constant in relativistic inhomogeneous cosmology and the age of the Universe
在相对论性非均匀宇宙学中，结构的形成与平均宇宙膨胀相耦合。一种保守的建模方法是假设早期的爱因斯坦-德西特模型（EdS），并将其作为一个“背景模型”在宇宙学时间中向前推断，从而可以测量今天宇宙的平均属性。这就需要采用早期标准化的背景哈勃常数$H_1^{bg}$。在这里，我们表明，$Λ$ CDM模型可以作为一个观测代理估计$H_1^{bg}$，而不是任意选择它。我们假设（一）早期的EdS模型;（二）零暗能量参数;（三）双域标量平均-划分的空间部分到过密和欠密区域;和（四）virialisation（稳定聚类）的塌陷区域。我们发现$H_1^{bg}= 37.7 \pm 0.4$ km/s/Mpc（随机误差）的基础上普朗克$Λ$ CDM观测代理。此外，由于标量平均膨胀率预计将超过（外推）背景膨胀率，因此宇宙的预期年龄应该远小于$2/(3 H_1^{bg}) = 17.3$ Gyr。银河隆起微透镜低质量恒星的最大恒星年龄（最有可能：14.7 Gyr; 68%置信度：14.0- 15.0 Gyr）表明，其年龄比（无反反应）$Λ$ CDM估计的年龄大1 Gyr。
2016-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Viscous attenuation of gravitational waves propagating through an inhomogeneous background
本文在非均匀宇宙模型中引入宇宙流体粘性，利用Buchert平均程序研究粘性衰减对引力波观测振幅红移依赖部分的影响，发现粘性系数会导致显著偏差，对致密双星源参数的精密测量具有重要意义。
2023-05-25 astro-ph.CO gr-qc
Void and Density Walls Inhomogeneous Cosmic Web And Dark Energy
本研究利用宇宙网中空洞与密度墙的差异膨胀产生的反作用效应，在不修改基础物理的前提下解释暗能量演化，并调和局部与CMB观测的哈勃常数差异。
2025-03-26 astro-ph.CO gr-qc
Learning the averaged history of an inhomogeneous universe from its present day density field
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
本研究训练卷积神经网络，从当今物质密度场成功预测宇宙平均宇宙学参数，证明可通过机器学习从晚期物质分布提取宇宙平均历史信息，为约束宇宙大尺度演化提供新途径。
2026-08-31 astro-ph.CO
Relativistic gravity in the inhomogeneous Universe
本论文探讨非均匀宇宙中的相对论引力，扩展参数化后牛顿宇宙学形式体系构建理论无关的引力测试方程，并研究宇宙非均匀性与各向异性对宇宙微波背景约束、光传播及哈勃图预测的影响。
2024-07-25 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational energy as dark energy: Towards concordance cosmology without Lambda
我简要地概述了一个新的物理解释的平均宇宙学参数的非均匀宇宙与反反应。在局部几何形状和引力能量的变化之间的理想各向同性的观察员在绑定结构和各向同性的观察员在体积平均位置的空隙中起着至关重要的作用。模型宇宙与观测数据的吻合表明了一种新的和谐宇宙学的可能性，其中暗能量被揭示为对引力能量梯度的错误识别，当空洞在晚期增长时，引力能量梯度变得重要。
2009-12-29 astro-ph.CO gr-qc
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
Analytical solutions for two inhomogeneous cosmological models with energy flow and dynamical curvature
最近，我们介绍了一个非相对论宇宙学模型（NRCM）表现出动力学空间曲率。在这个模型中，现今的宇宙加速并不归因于负压（暗能量），而是由导致负空间曲率的非平凡能量流驱动的。在本文中，我们推广NRCM在两个不同的方式相对论制度，并提出相应的爱因斯坦方程的解析解。这些相对论模型的特点是两个不等价的扩展FLWR度规与时间相关的曲率函数$K (t)$和扩展标量$a(t)$。流体流动应该是测地线。模型V1在各向同性压力下是无剪切的，因此是保形平坦的。与V1相反，第二个模型V2显示了非平凡的剪切和各向异性压力。对于这两个模型，如果a（t）和K（t）都与NCRM中确定的值相同，则相应的爱因斯坦方程的非齐次解在小距离处与NRCM在首阶上一致。然后度量完全由三个常数固定。产生的能量动量张量包含一个非平凡的能流矢量。我们的模型局部地违反了弱能量条件。全局体积平均导致有效比例因子和膨胀率$H (z)$的显式表达式。对于模型V2，反作用效应相互抵消，但它们是非零的，并且与模型V1的能流的大小的平方成比例。对于小尺寸能量流的模型V2，对NCRM结果的大尺度（相对论）修正是小的。我们对文献[1]中的三个自由常数进行了相应的调整，得到了红移$z < 2$的无量纲曲率函数$k(z) \sim - 1$几乎为常数的负值的预测。
2018-11-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Precision cosmology with exact inhomogeneous solutions of General Relativity: the Szekeres models
Laboratoire Univers et THéories, LUTH, Observatoire de Paris, Université PSL, Université Paris Cité, CNRS（宇宙与理论实验室，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心）
本文介绍Szekeres精确非均匀解及其在宇宙学中的应用，提出利用神经网络拟合数据以精确描述晚期宇宙，解决标准宇宙学模型的张力和异常。
2026-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Inhomogeneity-induced variance of cosmological parameters
现代宇宙学依赖于宇宙的大尺度各向同性和均匀性的假设。然而，局部的宇宙是不均匀和各向异性的。那么，如何使用局部测量（100 Mpc尺度）来确定全球宇宙学参数（定义在10 Gpc尺度）？我们使用Buchert的平均形式主义，并确定一组局部平均宇宙学参数的上下文中的平坦的Lambda冷暗物质模型。我们计算它们的系综均值（即它们的全局值）和方差（即它们的宇宙方差）。我们将我们的结果应用到典型的调查几何形状，并专注于研究局部波动的曲率参数的影响。通过这种方法，我们表明，在线性制度的宇宙学的反作用和平均可以重新表述为宇宙方差的问题。宇宙方差最大的曲率参数，并讨论其后果。我们进一步建议使用观测到的宇宙学参数的方差来测量增长因子。[略]
2012-02-18 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology in the Newtonian limit
宇宙中大尺度结构形成的N体数值模拟是基于牛顿引力理论的。但是，根据我们目前的理解，最正确的引力理论是广义相对论。因此，重要的是要理解当相对论宇宙被近似或更确切地说被牛顿宇宙取代时，哪些自由度和哪些特征会丢失。这是我们调查的主要目的。我们首先定义牛顿宇宙学，我们给出了一个概述广义相对论，无论是在其标准和协变配方。我们将展示这两个理论如何处理非均匀宇宙模型，我们介绍了反反应猜想。然后，我们回顾了牛顿引力理论和广义相对论在完全非线性状态下的相互关系。为此，我们讨论框架理论。我们在广义相对论的弱场小速度极限中也进行了同样的研究，并借助后牛顿宇宙学的框架导出了牛顿极限。最后，我们注意到，存在牛顿引力的解，它们没有任何相对论性的对应物。
2012-03-26 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Non-Linearities as an Effective Fluid
宇宙在大尺度上是光滑的，但在小尺度上是非常不均匀的。为什么弗里德曼方程能很好地近似模拟大尺度的时空？我们能肯定小尺度的非线性不会引起大的反作用吗？与此相关的是，在大尺度上描述宇宙的有效理论是什么？在本文中，我们在解决这些问题的进展。我们表明，有效的理论为长波长宇宙的行为作为一个粘性流体耦合到重力：整合出短波长扰动重整化均匀的背景，并引入耗散动力学的演化的长波长扰动。有效流体具有小的扰动，并且由几个参数表征，如状态方程、声速和粘度参数。这些参数可以与数值模拟相匹配，也可以根据观测值进行拟合。我们发现，小规模的非线性的反作用是非常小的，被抑制的大层次之间的规模的非线性和地平线规模。流体的有效压力总是正的，并且太小而不能显著影响背景演化。此外，我们证明了维里化尺度完全解耦的大尺度动力学，在后牛顿膨胀的所有订单。我们建议，我们的有效理论被用来制定一个良好的定义和控制替代传统的微扰理论，我们讨论了可能的观测应用。最后，我们的方式重新制定的结果在二阶微扰理论的长波长有效流体提供了一个简单的和物理直观的方式来理解非线性效应的机会。
2010-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational energy as dark energy: Cosmic structure and apparent acceleration
在大约100/h Mpc的尺度下，我们的宇宙显示出一种复杂的不均匀结构，主要是空洞，星系团呈片状和丝状。宇宙膨胀似乎在这种结构形成的时期开始加速，这一巧合促使许多研究人员质疑暗能量是否是标准宇宙学未能正确解释我们观察到的物质分布的标志。在这里，我讨论的时间逃逸的情况下，宇宙加速被理解为一个明显的效果，由于引力能量梯度增长时，空间曲率梯度变得显着的非线性增长的宇宙结构。我讨论的平均问题相关的概念问题，其影响校准的局部几何的体积平均演化方程的解决方案校正的反反应，和非重子暗物质的时间逃逸框架中的问题。我进一步讨论了最近的工作定义的平均几何量，可以区分宇宙学常数或其他模型的暗能量的时间逃逸模型的观测测试。
2011-02-10 astro-ph.CO gr-qc
Inhomogeneous brane models
本文利用10个内蕴共形对称性构造五维非均匀膜模型，导出广义Friedmann与Raychaudhuri方程，并以Stephani膜解释Hubble张力及宇宙加速。
2024-12-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Solution to the cosmological constant problem
本文提出宇宙学常数Λ是具有跑动耦合的抵消项，通过广义相对论模拟中空洞膨胀动能的单极平均自然产生，无需额外暗能量，并可望解决哈勃张力。
2024-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Average observational quantities in the timescape cosmology
我们研究了最近提出的观测上可行的替代均匀宇宙学与光滑暗能量，时间逃逸宇宙学的属性。在时间逃逸模型中，宇宙加速被实现为一种明显的效应，这种效应与束缚系统中的观测者相对于普通广义相对论中非均匀几何中的体积平均观测者的时钟和杆的校准有关。该模型是基于一个精确的解决方案的Buchert平均爱因斯坦方程与反作用。本文探讨了一些观测测试，这将使时间逃逸模型区分从均匀宇宙学与宇宙学常数或其他光滑的暗能量，在当前和未来几代的暗能量实验。预测如下：共动距离测量; H（z）;暗能量状态方程的等价性w（z）; Sahni，Shafieloo和Starobinsky的Om（z）测度; Alcock-Paczynski检验;重子声学振荡测度D_v; Clarkson，Bassett和Lu的不均匀性检验;宇宙学红移的时间漂移。在可能的情况下，预测进行比较，在均匀的宇宙学与暗能量的类似措施，最近的独立研究。三个独立的测试结果可能与Lambda CDM模型的紧张局势的迹象被发现是一致的时间逃逸宇宙学的期望。
2009-12-11 astro-ph.CO gr-qc
Non-comoving Cold Dark Matter in a $Λ$CDM background
我们研究了冷暗物质（CDM）在$Λ$ CDM背景中的非均匀宇宙结构局域阵列中的特殊速度的演化，该背景可以被识别为与宇宙微波（CMB）共动的帧。这些阵列是通过平滑匹配到这个宇宙学背景区域的Szekeres-II模型，其源是一个不完美的流体重新解释为非共动尘埃，保持只有一阶项在$v/c$。考虑到一个单一的Szekeres-II区域沿两个共动界面匹配的$Λ$ CDM背景，在这个区域内的特殊速度的大小与文献中报道的值是兼容的，而目前的哈勃膨胀标量不同于$Λ$ CDM背景值的10%的因素，一个结果，可能提供有用的信息，正在进行的辩论上的$H_0$紧张。虽然模型不能描述的维里化过程中，我们通过一个有代表性的例子表明，星系团质量的结构达到这个过程的开始在红移周围$z\sim 3$。
2021-04-12 astro-ph.CO gr-qc
On astrophysical explanations due to cosmological inhomogeneities for the observational acceleration
我们回顾了各种具有局部欠密区（局部空洞）的宇宙学模型和具有非均匀性反作用的平均模型，它们被用来解释（不假设正的宇宙学常数）SNIa星等-红移关系中出现的加速行为。为了澄清它们的真实性，我们考虑了它们与其它观测研究如CMB温度各向异性、重子声学振荡、运动学Sunyaev-Zeldovich效应等的一致性，结果发现，许多非均匀模型似乎被排除了，只有参数在窄范围内的模型有待检验，而且，除非我们假设很高的扰动振幅或引力能，否则平均模型不可能有加速膨胀，拟合的有效λ也没有观测到的加速度所必需的值。
2009-06-07 astro-ph.CO
Is Dark Energy Simulated by Structure Formation in the Universe ?
宇宙学的标准模型假设宇宙可以被描述为围绕爱因斯坦广义相对论的各向同性解。这种描述需要（有时是隐藏的）限制一般性的假设，而放松这些限制是宇宙学新物理方法的标题，它重新定义了宇宙学框架。将齐次几何视为现实中高度非齐次宇宙的模板几何，必须被视为一种强理想化。揭开标准模型的局限性为广义相对论的丰富结果打开了大门，产生了有效的（即空间平均的）宇宙学模型，甚至可以解释暗能量和暗物质的长期问题。本文探讨了结构形成对宇宙平均性质的影响，主要讨论了：（1）为什么要考虑平均性质，宇宙学标准模型的非守恒曲率和整体引力不稳定性等问题;（ii）通过平均爱因斯坦方程的标量部分而产生的宇宙学方程的一般集合，结构形成的一般性质与宇宙的平均性质以尺度依赖的方式相互作用，以及用有效标量场描述宇宙学的反作用。
2018-11-14 astro-ph.CO gr-qc
Towards physical cosmology: geometrical interpretation of Dark Energy, Dark Matter and Inflation without fundamental sources
我们概述了构建一个物理的，完全相对论性的宇宙学的关键步骤，我们的目标是跟踪暗能量和暗物质回到空间的物理性质。不均匀性对宇宙有效演化历史的影响被编码在反作用项中，并通过空间平均几何不变量表示。这些是不存在的，并解释为失踪的黑暗基本来源在标准模型。在非均匀情况下，它们可以被解释为一个新兴的标量场（形态子）的能量。这些平均不变量消失的同质几何，其中的变形子是在一个不稳定的平衡态。如果这种状态被扰动，变形子可以作为早期宇宙中的经典暴胀子，其不平衡的能量可以模拟晚期宇宙中的暗源，根据空间尺度分别作为暗能量或暗物质。我们提出了一系列定性结论性的论点，并概述了与观测解释有关的定量性质的开放性问题。
2010-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
