Arrows of time and the beginning of the universe
我研究两个宇宙学的情况下，热力学箭头的时间点在相反的方向在渐近的过去和未来。第一种情况，由阿吉雷和格拉顿提出，假设两个渐近区域被一个类似德西特的反弹分开，在反弹处施加低熵边界条件。这样的边界条件自然地产生于量子宇宙学和宇宙的哈特尔-霍金波函数。反弹超曲面打破了德西特不变性，代表了这个模型中宇宙的开始。第二种情况，由Carroll和Chen提出，在无限类空柯西曲面上假设一些一般的初始条件。他们认为，除了在初始数据演化过程中可能形成的黑洞之外，最终的时空将是非奇异的，并将在两个时间方向上表现出永恒的暴胀。在这里，我表明，假设零收敛条件下，柯西表面在一个非奇异的（除了黑洞）宇宙与两个渐近膨胀的区域必须是紧凑的。我还认为，在两个渐近区域之间的反弹宇宙的大小不能超过德西特视界。这样的时空结构就与阿吉雷-格拉顿方案中的时空结构非常相似，并且在反弹时确实需要特殊的边界条件。如果宇宙学奇点是允许的，那么一个无限的柯西表面与“随机”的初始数据通常会产生在两个时间方向的膨胀区域。然而，这些区域将被奇点包围，并且在它们的过去或未来将具有奇点。
2013-05-29 gr-qc hep-th
Path integrals, saddle points and the beginning of the universe
非常早期的宇宙是根据弯曲时空上的量子场论来理解的，其中经典背景时空是典型的FLRW宇宙学，在其上传播的量子场包括引力波和能量密度波动。许多悬而未决的问题似乎与我们对这个体系的了解甚少有关，在这个体系中，引力自由度的一部分，而且只有一部分，是量子化的。在这项工作中，我们研究这一限制分配量子性质的背景宇宙和波动，然后集中在限制的背景宇宙行为接近经典。量子化是在量子广义相对论的框架下通过费曼的路径积分实现的。利用小超空间近似研究了正、负宇宙学常数情形下引力路径积分的鞍点近似，重点研究了不同边界条件对鞍点近似的影响.我们的主要发现是，无论是无边界假设还是反德西特空间中的黑洞，其路径积分都需要用Neumann初始条件来定义.事实上，诺依曼条件对于恢复可感知的黑洞热力学和稳定无边界假设是必要的。同时，在这两种情况下，它可以被看作是对进入和的几何形状的正则性要求。对诺依曼条件的需要意味着对无边界波函数的解释与哈特尔和霍金最初的直觉有很大的不同，因为宇宙的初始膨胀率是固定的，而不是它的大小。我们对黑洞的研究结果支持了无边界假设的实现，其中正则性是主要的要求，并允许在弯曲的时空极限中定义良好的QFT。
2023-03-20 gr-qc hep-th
The Beginning and Evolution of the Universe
我们回顾了当前宇宙从早期暴胀时代到今天看到的复杂结构层次的演化标准模型。我们总结并提供以下主题的关键参考：膨胀宇宙的观测;热早期宇宙和核合成;宇宙微波背景的理论和观测;大爆炸宇宙学;暴胀;暗物质和暗能量;结构形成理论;冷暗物质模型;星系形成;宇宙学模拟;星系、星系团和类星体的观测;大尺度结构的统计测量和宇宙学参数的测量。最后，我们讨论了宇宙学中的一些悬而未决的问题。这篇评论的目的是提供一个研究生或其他新的工作者在该领域的介绍宇宙学文献。
2008-07-08 astro-ph gr-qc hep-ph
Pre-Big-Bang Requires the Universe to be Exponentially Large From the Very Beginning
我们表明，在一个一般的情况下，前大爆炸的情况下，通货膨胀将解决宇宙学问题，只有当宇宙在开始膨胀是非常大的，从一开始就均匀。在前大爆炸（PBB）暴胀阶段开始时，宇宙均匀部分的大小必须大于$10^{19}$ $l_s$，其中$l_s$是弦的长度。暴胀区域的总质量必须大于$10^{72} M_{s}$，其中$M_{s} \sim l_s^{-1}$。如果宇宙最初是辐射主导的，那么它在那个时候的总熵必须大于$10^{68}$。如果宇宙是封闭的，那么在它形成的那一刻，它必须在$10^{24}$因果不连通域上是一致的。在这种情况下，多溴联苯阶段的自然持续时间是$M_p^{-1}$。我们认为，开放PBB宇宙的初始状态可能不是均匀的，因为量子涨落。独立的同质性问题，必须引入两个大的无量纲参数，$g_0^{-2} > 10^{53}$和$B > 10^{91}$，以解决PBB宇宙学中的平坦性问题。在PBB设想中，不会出现永久性通货膨胀。这应该与最简单的混沌暴胀方案相比较，在混沌暴胀方案中，永恒暴胀的状态可能始于一个大小为$O(M_{p}^{-1})$的宇宙，初始辐射熵、质量$O(M_p)$和几何熵为O（1）。我们的结论是，目前版本的PBB方案不能取代通常的通货膨胀，即使解决了优雅的退出问题，在这种情况下。
1998-01-29 astro-ph gr-qc hep-ph
Beginning inflation in an inhomogeneous universe
利用3+1维中与标量暴胀子场耦合的全爱因斯坦场方程的数值解，我们研究了初始膨胀、高度不均匀且由梯度能量主导的宇宙向暴胀周期过渡的条件.如果初始标量场变化包含在暴胀子势的足够平坦的区域内，并且宇宙在空间上平均是平坦的或开放的，那么暴胀将在梯度和动能因膨胀而稀释后发生。即使当不均匀性的尺度与初始哈勃长度相当时，情况也是如此，过密区域坍缩并形成黑洞，因为欠密区域继续膨胀，最终开始膨胀。这表明暴胀可以从高度不均匀的初始条件中产生，并解决视界和平坦性问题，至少只要标量场的变化不包括超过暴胀平台的值。
2016-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Why did the Universe Start from a Low Entropy State?
在以前的工作中，我们表明，在标题中提出的问题的答案不能在一个平衡设置。包含{ \em动力学}的反反应效应从大规模的长波长模式上的初始DeSitter补丁的结果在引力不稳定性，清洗的相空间的膨胀初始条件的所有区域，除了那些允许高能量的通货膨胀。物质和引力自由度之间的这种相互作用解释了为什么遍历性被打破，以及为什么宇宙开始于一个低熵的不平衡状态。在这里，我们认为，暴胀初始条件的相空间的这种减少意味着一个暴胀宇宙是不相容的全息启发的建议，如因果补丁物理和D（N）-边界。我们还讨论了为什么混沌的或永恒的暴胀不能解决初始条件和时间之箭的难题。
2006-09-14 hep-th
The Nothing at the Beginning of the Universe Made Precise
我们提出了一个新的世界表方法的McGreevy-Silverstein建议：决议类空奇点通过Scherk-Schwarz紧化和缠绕弦凝聚。我们的建议是建立在所谓的三参数sine-Liouville理论，它具有有用的功能，并可以解决的共形场论方法。利用标准Wick旋转，我们精确地计算了重整化世界片宇宙学常数下的弦对产生率，发现在6维或更少的时空维下，弦对产生率是有限的.我们还发现正弦-刘维尔势在渐近的过去激发弦激发，并且这种“无状态”对于一系列正弦-刘维尔耦合常数是可实现的。我们计算一个回路真空到真空的转变幅度，并再次检测到“无状态”的存在。我们还综述了基于类时刘维尔理论的快子凝聚的各种世界面方法。指出锥上的弦论提供了实现“虚无态”的上临界维数，从而与黑洞/弦跃迁点相联系。
2006-06-14 hep-th
Entanglement time in the primordial universe
我们研究了在宇宙暴胀开始之前的宇宙原始阶段中空间的纠缠熵的行为。我们认为，在这一阶段的纠缠熵的空间区域增长从零律的面积律。这种行为提供了经典BKL猜想的量子版本，即空间分离的点在接近宇宙奇点时解耦。我们表明，纠缠熵与标度因子的关系增长提供了量子引力中时间箭头的新统计概念。在暴胀前阶段，纠缠的增长为暴胀开始时出现的量子关联的产生提供了一种机制，并印在CMB的天空中。
2015-12-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Eternal Universe
我们讨论了一个永恒宇宙的宇宙学模型。从无限的过去到无限的未来，物理学上的可观测量没有显示出奇点。当宇宙在演化时，没有开始，也没有结束-宇宙永远存在。暴胀的早期状态可以用两种不同但等价的图画来描述。在冻结框架中，宇宙从一个几乎静止的平面几何状态中出现。在熵产生之后，它从具有极低温度的“冻结状态”缓慢地收缩和“解冻”。场变换到第二个“大爆炸图像”（爱因斯坦框架）是奇异的。这个“场奇点”是大爆炸的一个明显奇点的原因。此外，我们认为，过去不完全测地线并不一定表明一个奇点或宇宙的开始。如果粒子变得无质量，真时就不再是物理时间的有用概念。我们建议通过计算波函数分量的零的数量来定义物理时间。这种计数与坐标和框架的选择无关，并且同样适用于有质量和无质量的粒子。
2014-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Lectures on Inflation
探索宇宙的起源？一个轻量级的通货膨胀理论的入门指南。
2016-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Eternal Universes
本文通过构造测地完备的暴胀、徘徊和反弹时空，探讨过去与未来永恒的宇宙模型，并证明在广义相对论能量条件约束下，暴胀与反弹行为必不可少，且此类宇宙无需有开端或终结。
2025-08-22 gr-qc hep-th
Wavefunction for the Universe Circa the Beginning with Dynamically Determined Unique Initial Conditions
在本文中，我将首先概述一个有效场论的宇宙学（EFTC），它是基于标准模型耦合到广义相对论和改进的外尔对称性。在这个理论中没有新的物理自由度，但新的是通过更大的对称性扩大了现有物理场和时空的范围，从而纠正了传统理论的测地线不完备性。在否定量子引力的基础理论的软行为的基础上，我进一步论证了在有效作用量中禁止高曲率项是合理的，从而使该EFTC在引力奇点处具有良好的数学行为，以及测地线完备性，从而能够做出新的物理预言。使用这个EFTC，我显示了一些预测的奇异性，包括一组独特的大爆炸初始条件，出现从一个动态吸引机制的宇宙令人惊讶的行为。我将用包含大爆炸的过去和未来的宇宙学的经典解和在奇点上连续的量子波函数的详细公式和曲线来说明这种行为。解是在测地线完备的全局迷你超空间中给出的，这种超空间类似于黑洞的扩展时空或扩展的Rindler时空。量子波函数在视界上的解析延拓描述了通过奇点的过程。这种解析延拓解决了量子力学中一个长期存在的奇异（-1/r^2）势问题，这个问题可以追溯到冯·诺依曼。波函数的解析性质也揭示了在测地线完备空间的视界处缝合在一起的宇宙的无限堆叠。最后，批评最近有争议的论文中使用的宇宙学的路径积分的方法。
2018-10-06 gr-qc hep-th math-ph
Initial Condition Problem is Intractable in Cosmology
确定宇宙的初始状态是量子宇宙学中的一个具有挑战性的问题，我们认为，如果量子力学的基本假设不以非平凡的方式修改，这个问题是棘手的。也就是说，一个“标准”的引力量子理论，或者通过产生一个规则的过去永恒演化，或者通过一个光滑的有限开始，来解决大爆炸奇点;在这两种情况下，初始状态原则上可以是完全任意的。我们说明了这一点，在一个minisuperspace，规范固定，去参数化的玩具模型，有一个顺利的宇宙开始提供的物质哈密顿退化到零运营商。这种任意性是文献中几次争论的根源，特别是关于暴胀的争论，暴胀只能通过一个新的范式来解决，这个范式涉及初始条件，必然会改变通常的量子力学处理，但我们认为这是非常不可能的。
2019-10-08 gr-qc hep-th
The Boundary Proposal
Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）
该研究提出一个与Hartle-Hawking无边界提出相媲美的边界提出，通过欧几里得瞬子构造宇宙起源，可能主导宇宙创造过程。
2025-06-23 gr-qc hep-th
Inflation without a beginning: a null boundary proposal
我们发展了我们最近的建议，即暴胀可能是过去的永恒，所以没有初始的宇宙奇点或“时间的开始”。多个真空的暴胀一般接近这些真空区域的稳态统计分布，我们的模型直接遵循这个分布在任何时候都成立。我们发现，这对应于（在半经典水平）特别简单的宇宙学边界条件的无限零表面附近的时空看起来德西特。该模型承认一个有趣的时间箭头，它对所有能够通信的物理观察者来说都是定义良好且一致的，即使整个宇宙的统计描述承认包括时间反演的对称性。我们的模型建议，但不要求，识别对映点的歧管。由此产生的“椭圆”德西特时空具有有趣的经典和量子性质。这个提议可以推广到其他的暴胀势，或者是给出半永恒但非奇异宇宙学的边界条件。
2003-03-28 astro-ph gr-qc hep-th
Did our Universe Tunnel out of the Wrong Higgs Vacuum?
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文探讨宇宙初始希格斯场构型，指出暴胀可缓解电弱真空初始条件的精细调节，或宇宙始于错误希格斯真空并经相变驱动至当前真空，该相变产生的引力波为引力波实验提供独特目标，还为超出标准模型现象提供新路径。
2025-11-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Quantum Instability of the Emergent Universe
我们执行一个半经典的分析的宇宙暴胀的情况。固定背景，假设暴胀子是均匀的，我们将暴胀子的演化问题转化为一维的量子力学问题。我们发现，在很长的时间尺度上，这种通货膨胀的情况下所需的调谐是不稳定的量子力学。把暴胀子场值看作一个波包，波包的扩散破坏了任何以合式态开始和结束的机会。因此，我们不可能从爱因斯坦的静态宇宙开始，在很长一段时间后演变成一个定义明确的暴胀开始。
2013-11-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Quintessence and phantom cosmology with non-minimal derivative coupling
我们调查宇宙学的情况下，与非最小的衍生物之间的耦合的标量场和曲率，检查的精髓和幻影的情况下，零和恒定的电位。一般来说，我们发现宇宙从一个德西特解过渡到另一个，由耦合参数决定。此外，根据参数的选择，在不需要物质的情况下，我们可以得到一个大爆炸，一个没有开始的膨胀宇宙，一个宇宙学的转折，一个永远收缩的宇宙，一个大挤压，一个大撕裂的避免和一个宇宙学的反弹。这种行为的多样性揭示了当前场景的能力。
2010-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cyclic completion of the anamorphic universe
循环宇宙模型的优点是避免了初始条件问题，这些问题与假设任何类型的时间开始有关。迄今为止，已知的唯一可行的循环模型的例子是ekpyrotic。在本文中，我们表明，最近提出的变形的情况下，也可以循环。循环完备化的关键是一个经典稳定的非奇异反弹。值得注意的是，即使反弹结构最初是为了连接一个时期的收缩与膨胀都描述了爱因斯坦引力，我们在这里表明，它可以自然地修改连接一个普通的收缩阶段描述的爱因斯坦引力与变形平滑的阶段。本文将介绍构造循环变形模型的基本原理和步骤。
2018-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Thermal History of the Universe After Inflation
宇宙是什么时候热化的？在这次演讲中，我回顾了这个问题的地位和它在建立暗物质的预期属性，大尺度结构的增长，以及面对CMB观测时通货膨胀模型的可行性的重要性。我还提出了一种新的方法来解决理论上的挑战，围绕通货膨胀（p）再加热，它试图延长过去的工作的有效场论的通货膨胀的时间再加热。
2015-10-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Numerical Relativity as a New Tool for Fundamental Cosmology
宇宙学扰动理论、模型建立和有效场论一直是推动我们对宇宙起源、演化和结构认识的动力。在这篇综述中，我们介绍了数值相对论作为一个强大的新的补充工具，基本宇宙学。为了说明它的力量，我们讨论了数值相对论的应用研究的鲁棒性缓慢的收缩和膨胀的膨胀，各向同性和扁平的宇宙开始从一般的不光滑的初始条件。特别是，我们描述了最近的数值相对论研究的缓慢收缩揭示了一种新的，非线性平滑机制的基础上超局部性，挑战传统的观点是什么需要解释大尺度的均匀性和各向同性的可观测宇宙。
2022-01-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Brane Formation and Cosmological Constraint on the Number of Extra Dimensions
将狭义相对论推广到额外维，得到了粒子的量子化能级。通过计算早期宇宙高温时粒子在额外维中运动的概率，提出了膜可能在宇宙形成之初就不存在，而是后来形成的观点。与此同时，在形成之前，宇宙的粒子可能已经充满了整个宇宙，而不仅仅是膜。这种情况与标准大爆炸宇宙学中的情况不同，在标准大爆炸宇宙学中，所有粒子都被假设在4D时空中。因此，在膜模型中，我们的宇宙是否从4D大爆炸奇点开始是值得怀疑的。一个宇宙学约束的额外的维度的数量也给出了有利于$N\geq 7$。
2005-03-30 astro-ph gr-qc hep-th
The Inverted Big-Bang
我们的宇宙似乎不是凭空产生的，而是从一个奇怪的时空尘埃中产生的。量子几何（圈量子引力）使我们有可能避免我们宇宙的不祥开端，它具有物理上不现实的（即无限的）曲率，极端的温度和能量密度。这可能是对大爆炸的长期追求的解释，甚至可能打开了一扇通往大爆炸之前的时间的窗户：空间本身可能来自早期坍缩的宇宙，它由内而外或反转并开始再次膨胀。- 关键词：圈量子宇宙学，惠勒-德威特方程，奇点，阿沛·阿什特卡，马丁·博约瓦尔德。
2004-07-14 gr-qc hep-th physics.pop-ph
Quantifying the reheating temperature of the universe
本文的目的是确定一个精确的定义的再热温度的一般微扰衰变的暴胀子。为了估计再热温度，需要满足两个重要条件：（a）暴胀子的衰变产物必须支配宇宙的能量密度，即宇宙成为完全辐射支配的，以及（b）暴胀子的衰变产物已经达到局部热力学平衡。对于某些参数的选择，后者是一个更严格的条件，这样的衰变产物可能会热化后的辐射开始支配。因此，我们得到的再热温度可以远低于标准的传说估计。在本文中，我们描述了在什么条件下，我们的宇宙可能有效率或效率低下的热化，并量化两种情况下的再热温度。这一结果对许多依赖于宇宙热历史的应用产生了直接的影响，特别是引力子丰度。
2014-07-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang
我们提出了一个宇宙学的方案，其中热的大爆炸宇宙是由一个膜在体空间中的碰撞与边界orbifold平面，从一个否则冷，真空，静态的宇宙开始。该模型解决了宇宙视界，平坦性和膨胀问题，并产生了一个几乎尺度不变的密度扰动谱，而无需调用超光速膨胀（通货膨胀）。相反，这种情况依赖于基于额外维度和膜的理论中自然出现的物理现象。作为一个例子，我们提出我们的情况下，主要是在杂种优势M理论的背景下。将这种情况与标准暴胀宇宙学区分开来的一个预测是强烈的蓝色引力波光谱，这对微波背景极化实验和引力波探测器都有影响。
2001-08-15 astro-ph hep-ph hep-th
