On the covariance of scalar averaging and backreaction in relativistic inhomogeneous cosmology
我们介绍了Gasperini，Marozzi和Veneziano（2010）的四维平均窗口函数的推广，这可能对许多应用程序有用。空间标量平均方案的协变性质是相对论宇宙学中的平均问题，是一个重要的性质，它隐含在构造中，但通常是隐含的。我们在这里采用Gasperini等人的方法有两个原因。首先，这里提出的形式主义及其推广是明显的协变。其次，形式主义是方便的解开叶理，体积测量，和边界的平均表达式进入标量平均计划的依赖关系。这些性质将证明方便的简化表达式，但也为调查极值叶理和比较不同叶理的平均性能直接。建议的推广的窗口函数允许选择最合适的平均方案的物理问题，并区分的作用的叶理本身和平均动力学方程中的体积测量的作用。我们还表明，从这一广义类中获得的一个特定的窗口函数导致了一个平均方案，该方案对应于Buchert，Mackay和Roy（2018）最近的一项研究，并且作为副产品，我们明确表明其中推导出的逆反应的一般方程是协变的。
2019-02-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Newtonian versus relativistic cosmology
我们展示了相对论性物质和速度功率谱在不同规范下的表现。我们构造了一个新的规范，在所有尺度下，这两个谱都符合牛顿理论。然而，在这个规范中存在着牛顿理论中不存在的几何量，例如哈勃参数的局部变化。将这个量与二阶牛顿量进行比较，我们发现牛顿理论在大于10 Mpc的尺度上是不准确的。这强调了相对论修正对牛顿宇宙学N体模拟在这些尺度上的重要性。
2012-09-05 astro-ph.CO
Averaging in cosmological models
宇宙学中的平均问题对于正确解释宇宙学数据是相当重要的。我们回顾了宇宙学观测，并讨论了一些关于平均的问题。我们提出了一个精确的定义的宇宙模型和严格的数学定义的平均，完全基于标量不变量。
2010-01-05 astro-ph.CO gr-qc
Spatially averaged cosmology in an arbitrary coordinate system
本文提出了一个一般的平均程序的一组观察者是倾斜的宇宙物质流体。在给出了描述局域动力学的完整方程组后，我们定义了平均过程，并将其应用于爱因斯坦场方程的标量部分。除了标准的反作用，新的条款出现，占的特殊速度的物质流体的效果，以及可能的影响，在坐标系的移动。
2009-04-20 astro-ph.CO gr-qc
New accelerating cosmology without dark energy: The particle creation approach and the reduced relativistic gas
本文提出一种无需暗能量的新型平直加速宇宙学，以约化相对论气体（RRG）的负产生压强为驱动力，构建双参数（α, b）模型，其动力学接近ΛCDM且可基于观测数据约束，或能缓解标准宇宙学难题。
2025-02-19 astro-ph.CO
Multiple-Scales Approach to The Averaging Problem in Cosmology
宇宙在大尺度上是均匀和各向同性的，因此在这些尺度上，它通常被建模为弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克（FLRW）时空。爱因斯坦场方程的非线性引起了人们对均匀性和各向同性的小尺度偏差的平均化的关注，这可能影响FLRW度量对宇宙的适用性，即使是在大尺度上。在这里，我提出了一种技术，基于奇异摄动理论的多尺度方法，处理小尺度的不均匀性一致。得到了大尺度时空度规的一个首阶有效爱因斯坦方程，它包含一个反作用项。推导依赖于一系列的一致性条件，确保增长的偏差从大规模的时空度量不增长unboundedly;他们的可满足性的标准进行了讨论，它表明，他们确实是满意的，如果物质是非相对论性的小尺度。在谐波规范中进行了分析，并讨论了转换到其他规范。我估计的大小的反反应项相对于临界密度的宇宙在一个NFW晕的例子，并发现它是百分之几的顺序。在这个例子中，反作用项被解释为在小尺度上平均的引力势能的能量密度对总能量动量张量的贡献。
2020-12-17 astro-ph.CO gr-qc
The exact analytical solution of the linear structure growth rate in LCDM cosmology and its cosmological applications
在牛顿规范下，我们导出了具有平坦和弯曲几何的LCDM宇宙学中线性结构增长率的精确解析解。与牛顿极限下的已知解（Heath 1977）不同，我们的解考虑了所有广义相对论修正，因此在亚视界和超视界尺度下都有效。利用这个精确解，我们评估了这些相对论修正引起的宇宙学影响。(1)在k=0.01h/Mpc时，广义相对论修正使z=100到z=0的密度增长改变了10%，并且对更大尺度的影响变得更强。我们提醒读者，过密度不是规范不变的，上述陈述仅限于牛顿规范。(2)相对论修正在密度涨落中引入了k^{-2}尺度依赖性。它用$f^{\rm local}_{\rm NL}\sim 1$模拟局部类型的原始非高斯性。这一系统误差在未来的全天空深星系巡天中可能变得不可忽略。(3)盒子尺寸大于1Gpc的宇宙学模拟也受到这些相对论修正的影响。我们提供了一个后处理配方来纠正这些影响。(4)这些相对论修正影响红移失真。然而，在红移和与红移失真测量相关的尺度上，这种影响可以忽略不计。
2011-01-26 astro-ph.CO
Averaging in cosmological models using scalars
宇宙学中的平均问题对于正确解释宇宙学数据是相当重要的。在宇宙学模型中，对平均值的严格数学定义是必要的。一般来说，时空完全由它的标量曲率不变量来表征，这意味着一种完全基于标量的特殊时空平均方案。我们清楚地指出了在宇宙学模型中求平均值的问题。然后，我们提出了一个精确的定义的宇宙学模型，并根据这个定义，我们提出了一个平均方案的标量曲率不变量。这个计划是说明在一个简单的静态球对称完美流体宇宙时空，其中的平均尺度清楚地确定。
2009-08-28 astro-ph.CO gr-qc
Topological acceleration in relativistic cosmology
宇宙学中的启发式方法绕过了更严格地符合标准爱因斯坦方程的更困难的计算。这些给了我们著名的Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker（FLRW）模型，以及最近的空间截面的全局拓扑对测试粒子加速的反馈效应。将FLRW启发式模型强加于观测结果会导致暗能量，在完全相对论性计算之前，最好将其解释为人工制品。拓扑加速也可能是使用启发式方法的一种假象吗？爱因斯坦方程的多重连接精确解表明，拓扑加速至少存在于一个完全相对论性的情况下-它不是牛顿式思维的产物。
2012-12-21 astro-ph.CO gr-qc
Diffeomorphism-invariant averaging in quantum gravity and cosmology
本论文围绕高能引力物理的两个相关课题展开研究。第一个是构造一个显同态不变的精确重整化群（ERG）。这是一个通过将高能模式积分到紫外截止尺度而不需要规范固定来构建有效引力理论的过程。显式的自同构不变性使我们能够构建一个完全背景独立的配方。本论文将探讨固定背景和背景无关形式的明显非同态不变ERG。第二个主题是宇宙学的反作用，它涉及到在大尺度下描述宇宙的引力场方程的高频度规扰动的平均效应。这一点在广义相对论的未修正形式中已经得到了大量的研究，但在通过积分一些更基本的（量子）引力理论的高能模式而获得的高阶导数有效理论中，研究得要少得多。反作用的有效应力-能量张量可以直接作为引力波的同形不变的有效应力-能量张量，而不需要指定背景度规。本论文将在两种不同的方案下构造具有显同态不变的ERG，并计算经典水平下的有效作用量。然后，我们将转向高导数引力中的宇宙学反作用，推导出由于局部同态不变有效引力理论的不均匀性而产生的有效应力-能量张量的一般形式。这是一个令人兴奋的研究方向，因为它开始了引力的量子理论的构建，以及对宇宙学的可能影响的研究。
2016-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-singular cosmology in a model of non-relativistic gravity
本文提出了一个在3+1维时空中幂次计数可重整化的非相对论引力理论模型。当应用于宇宙学时，相对论违反项导致暗辐射分量，如果暗辐射具有负能量密度，则会引起反弹。此外，我们研究了非奇异宇宙学的循环扩展，其中宇宙周期性地经历收缩和膨胀。在这两种情况下，背景理论都在量子水平上得到了很好的定义。
2009-10-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Back-Reaction in Relativistic Cosmology
我们在相对论宇宙学模型中引入了反反应的概念。粗略地说，这可以被认为是爱因斯坦方程的非均匀宇宙学解的大尺度行为与均匀和各向同性解之间的差异，该解最适合于非均匀解中的可观测量或动力学的平均值。这有时被解释为“结构对宇宙大规模演化的影响”。在文献中已经采取了各种不同的方法来尝试和理解宇宙学中的反作用。我们对其中一些问题作了简要和批判性的总结，强调了每一个问题最近取得的进展。
2013-02-27 astro-ph.CO gr-qc
Lagrangian theory of structure formation in relativistic cosmology III: gravitoelectric perturbation and solution schemes at any order
研究了牛顿拉格朗日微扰理论的相对论推广。在以前的工作中，一阶迹的解决方案，所产生的空间投影的Weyl张量的引力电的一部分，与扩展和应用程序一起访问非微扰制度。我们在这里提供建设规则，以获得从牛顿的解决方案的相对论性的解决方案，我们给完整的扰动和解决方案，在任何顺序的扰动的引力电类。通过构造，这些方案推广了牛顿拉格朗日摄动理论的完整解族。
2015-07-10 astro-ph.CO gr-qc
The Poisson equation at second order in relativistic cosmology
计算了宇宙学扰动理论中二阶曲率微扰与物质密度衬度之间的相对论约束方程。这个相对论性的“二阶泊松方程”是在一个规范的流体动力学不均匀性完全符合他们的牛顿对应的一个完美的流体常数状态方程。我们利用这个约束在广义相对论的框架下，在密度对比中引入原初非高斯性。然后，我们推导出的表达式，可用作初始条件的N体代码的结构形成，探测原始的非高斯性的统计演变的物质密度场的可观察到的签名。
2013-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Lightcone Averaging and Precision Cosmology
本论文的第一个目的是填补宇宙学中对过去光锥的描述的不足：观测信号在其上传播的零超曲面。它的第二个目标是评估不均匀性在确定暗能量参数中的重要性，暗能量的真实性质仍然未知，物质结构的影响已被提出作为宇宙学的替代方案。我们首先定义了一个“测地线光锥”规范大大简化了光在宇宙中传播的研究。然后，我们定义了一个规范不变的平均标量在过去的光锥和计算上的光度通量的不均匀性的影响，考虑其功率谱的非线性制度。对通量的影响可以忽略不计，而像光度距离这样的观测量，在扰动的二阶计算，受到的影响要大得多。在发现Ia型超新星（SNe）暗能量的基础上，我们还研究了距离模。该模量的平均值仅受不均匀性的轻微影响，但其方差敏感地取决于它们。这些结果表明，在他们的假设，替代暗能量的结构的影响是不可能的，但在同一时间，强调他们的重要性上的分散的数据在哈勃图。主要的物理效应是SNe的奇异速度和弱透镜效应。我们对色散的预测与迄今为止进行的第一次分析非常一致，以检测超新星Ia数据中的透镜信号，并将在不久的将来进行测试。
2013-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A possible solution to the Hubble constant discrepancy -- Cosmology where the local volume expansion is driven by the domain average density
哈勃常数问题是不同尺度下对哈勃常数的不同测量之间的差异。我们表明，这个问题可以解决在非均匀宇宙中的微扰理论的广义相对论框架内，在$t=\mbox{const.}$超曲面的有限的局部区域的空间平均程序的帮助下。本文提出的想法是独特的，因为它具有以下所有属性。a）它是基于广义相对论微扰理论，只考虑普通尘埃物质。不需要任何奇怪的物质或能量成分。b）在有限域上采用空间不变平均方法是必要的。c）关键是线性微扰理论中不均匀性的一阶效应。不需要非线性效应。
2019-06-04 astro-ph.CO gr-qc
N-body methods for relativistic cosmology
我们提出了一个框架，在弱引力场制度的广义相对论N体模拟。在这种方法中，爱因斯坦方程被扩展为关于弗里德曼-勒梅特背景的度量扰动，假设这些扰动保持很小。度规扰动本身只保持线性顺序，但我们保持其第一空间导数的二阶和治疗其第二空间导数以及应力能量源完全非微扰。物质的演化可以用N体系综来模拟，它可以由自由流动的非相对论性粒子（如冷暗物质）或相对论性粒子（如宇宙中微子）组成，但这个框架是完全通用的，也允许其他的应力能量来源，特别是额外的相对论性来源，如修正引力模型或拓扑缺陷。我们比较我们的方法与传统的牛顿方法，并认为相对论方法在概念上更强大和灵活，在适度增加数值难度的成本。然而，对于Lambda CDM宇宙学，非相对论性物质是唯一的扰动源，相对论性修正预计很小。我们从牛顿N体模拟中提取后牛顿估计来量化这一声明。
2014-08-14 astro-ph.CO gr-qc
Nonrelativistic superfluids in cosmology from a relativistic approach: Revisiting two formulations of superfluidity
本研究回顾朗道二流体模型与相对论有效场论两种超流体表述，证明可从相对论有效理论非相对论极限还原二流体形式，还能从弯曲空间相对论方法牛顿极限得到自引力非相对论超流体，为相关读者提供易懂阐释。
2024-10-23 astro-ph.CO cond-mat.quant-gas gr-qc
A geometrical approach to nonlinear perturbations in relativistic cosmology
我们给出了一个协变和完全非微扰的方法来研究宇宙学中的非线性微扰的教学审查。在第一部分，致力于宇宙流体，我们定义了均匀密度曲率微扰的非线性扩展，并推导出其演化方程。在第二部分中，我们把注意力集中在多重标量场上，并给出了绝热和熵扰动的非线性描述。在这两种情况下，我们展示了如何在这里提出的形式主义，使人们能够很容易地获得方程的第二，第三和更高的订单。
2010-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The natural science of cosmology
宇宙学测试的网络现在已经足够紧密，可以表明相对论性大爆炸宇宙学是一个很好的近似，可以近似宇宙通过轻元素的产生膨胀和冷却并演化到现在所发生的事情。我解释了为什么我会得出这个结论，评论了各种各样的哲学，这些哲学为寻找更好的宇宙学提供了信息，并提供了一个进一步研究的例子，即某些类别的星系表现为岛屿宇宙的奇怪趋势。
2012-03-28 astro-ph.CO
Inhomogeneous Cosmology using General Relativistic Smoothed Particle Hydrodynamics coupled to Numerical Relativity
本研究耦合数值相对论与光滑粒子流体动力学代码进行三维宇宙学模拟，验证了其在 FLRW 时空演化及度规非线性微扰中的高精度，证明该方法可用于理解宇宙学非线性效应及暗物质晕形成。
2023-07-27 astro-ph.CO gr-qc
Observational Cosmology With Semi-Relativistic Stars
星系合并导致大质量黑洞双星的形成，它们可以将背景恒星加速到接近光速。我们估计，在现今宇宙中，具有超过$0.1c$或$0.5c$的奇特速度的抛射星的共动密度分别为$\sim 10^{10}$和$10^5$ Gpc $^{-3}$。半相对论性巨星将可以用未来的望远镜探测到几个Mpc的距离，在那里它们的自行，径向速度和年龄可以用光谱测量。与传统的宇宙学信使（如光子、中微子或宇宙射线）不同，这些恒星会发光，因此它们的轨迹不需要指向观测者才能被探测到。追踪恒星到它们的母星系的速度和年龄的函数将提供一个新的测试等效原理和标准宇宙学参数。半相对论性恒星也可以将黑洞双星标记为未来eLISA天文台的引力波源。
2015-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Higgs-Dilaton cosmology: Are there extra relativistic species?
最近对宇宙学数据的分析表明，在标准模型的内容之外，存在着一种额外的相对论成分。希格斯-膨胀子宇宙学模型预言存在一种无质量粒子--介子--它与尺度不变性的自发对称性破缺有关，而且任何加速器实验都无法探测到。它的超相对论特性使它成为宇宙中光自由度有效数量的合适候选者。在这封信中，我们分析了暴胀后（p）再加热阶段的希格斯子产生，并得出结论，在最简单的希格斯-膨胀情景中，除了标准模型中已经存在的自由度之外，预计不会有额外的相对论自由度。因此，任何粒子物理学实验或宇宙学观测基本上都无法探测到难以捉摸的介子。
2012-11-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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。
2018-08-09 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
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。
2017-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Quasi-geodesics in relativistic gravity
平行于大质量粒子轨道的四个力总是可以通过仿射参数化来消除，但是仿射参数与适当的时间不同。主要应用是宇宙学，其中宇宙流体的元素受到平行于其四个速度的压力梯度的影响。当粒子质量发生变化时，在标量张量宇宙学中，自然会出现平行的四种力。
2020-11-11 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology of strongly interacting fermions in the early universe
鉴于人们对早期宇宙中产生原初黑洞的长程标量力越来越感兴趣，我们详细研究了宇宙学中费米气体与标量场相互作用的广义相对论表述。我们的主要发现是，汤川相互作用导致的解决方案，标量场振荡周围的零费米子质量和所有的能量密度衰减的辐射。一方面，我们表明，如果费米气体开始相对论，它可以保持相对论。另一方面，如果费米子一开始是非相对论性的，那么它们在所有的实际用途中仍然是非相对论性的。我们发现，在这两种情况下，费米子和标量场的能量密度作为辐射衰减。在非相对论的情况下，这是由于振荡和衰减的有效质量。这样的背景动力学问题是否有一个实质性的增强费米子密度波动在非相对论性的情况下。我们的工作可以很容易地扩展到更一般的场依赖费米子质量。对宇宙学扰动的分析将在后续工作中提出。
2021-04-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Tensor-Vector-Scalar theory and its cosmology
在过去的几十年里，天文学家和宇宙学家积累了大量的数据，清楚地表明我们目前的基本粒子和引力理论不足以解释观测到的宇宙中可见物质的动力学和分布之间的差异。修正牛顿动力学（MOND）的提议旨在通过假设牛顿第二运动定律在加速度小于~10^{-10}m/s^2时被修正来解决这个问题。这个简单的修正，在解释星系自转曲线方面取得了巨大的成功。然而，由于非相对论性，它不能对宇宙学做出可靠的预测。Bekenstein在Sanders的早期工作基础上提出了一个相对论性理论，称为张量-矢量-标量（TeVeS），该理论对非相对论性系统具有MOND极限。在这篇文章中，我给一个简短的介绍TeVeS理论，并专注于它的预测宇宙学以及一些非宇宙学的研究。
2009-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Relativistic numerical cosmology with Silent Universes
相对论数值宇宙学通常基于爱因斯坦方程的精确解，或微扰理论，或弱场极限，或BSSN形式。寂静宇宙提供了另一种方法来研究宇宙学系统的相对论演化。沉默的宇宙是基于1+3共动坐标系中爱因斯坦方程的解，并施加了额外的约束。这些制约因素包括：引力场仅来源于尘埃和宇宙学常数，外尔张量的旋转和磁性部分均消失，剪切是可诊断的。本文介绍了代码simsilun（根据reposi通用公共许可证条款分发的自由软件），它实现了沉默的宇宙的方程。本文还讨论了沉默的宇宙的应用，它使用千年模拟设置初始条件的代码simsilun。通过这种方式获得的模拟由16，777，216条世界线组成，这些世界线从z=80演变到z=0。最初，平均演化（在整个域上平均）遵循背景$Λ$ CDM模型的演化。然而，一旦宇宙结构的演化成为非线性的，空间曲率就从$Ω_K =0$演化到现今的$Ω_K \approx 0.1$。空间曲率的出现与$Ω_M$和$Ω_Λ$相关联，与$Λ$ CDM相比小大约0.05。
2017-12-07 astro-ph.CO gr-qc
Mori-Zwanzig formalism for general relativity: a new approach to the averaging problem
宇宙学依赖于对宇宙的粗粒度描述，假设在大尺度上有效。然而，广义相对论的非线性使得粗粒化极其困难。在这里，我们解决这个问题的扩展Mori-Zwanzig投影算子形式主义，一个非常成功的粗粒化方法从统计力学，对广义相对论。使用Buchert方程，我们推导出一个新的动态方程的哈勃参数捕捉平均通过记忆功能的影响。这就给出了宇宙颠簸的经验性预测。
2021-07-24 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
Relativistic Cosmology Number Densities and the Luminosity Function
研究了具有非零宇宙学常数的Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker时空中过去光锥下星系的相对论数密度与星系光度函数（LF）数据之间的关系.它扩展了Albani等人（2007：astro-ph/0611032）之前研究星系分布的结果的红移范围，直至z=1。在该范围内检测到观察到的不均匀性。本研究还在Ribeiro和Stoeger（2003：astro-ph/0304094）提出的框架下寻找LF演化，进一步发展了相对论宇宙学理论与LF数据的联系。选择函数是利用FORS深场星系巡天I波段选择数据集的Schechter参数和星系光度函数的红移参数化得到的，其红移范围为0.5<z<5.0（蓝带）和0.75<z<3.0（红带）。微分计数，密度和其他相关的观测，然后使用计算的选择功能，研究经验的径向分布的星系在一个完全相对论的框架。在这项工作中使用的数据集的红移范围，这是高达五倍以上，比以前的研究中使用的，显示了增加的相关性的相对论性膨胀的影响相比，在更高的红移的LF的演变。结果也与Albani等人（2007：astro-ph/0611032）的初步结果一致，表明当相对论密度以光度距离定义时，在高红移处的相对论密度呈现幂律行为。
2012-02-22 astro-ph.CO gr-qc
Lagrangian theory of structure formation in relativistic cosmology. IV. Lagrangian approach to gravitational waves
研究了牛顿拉格朗日微扰理论的相对论推广。在以前的工作中，扰动和解决方案所产生的空间投影的Weyl张量的引力电的一部分，给出了任何顺序的扰动，以及扩展和应用程序访问的非微扰制度。在这里，我们讨论更详细的一般一阶计划内的嘉当形式主义，包括并集中在引力波传播的物质。我们提供主方程的所有部分的拉格朗日线性化扰动传播的扰动时空，我们概述了解决方案的过程，使人们能够找到一般的解决方案。特别强调的是全局性质的拉格朗日扰动场采用Hodge-de-Rham理论的结果。我们在这里讨论如何霍奇分解涉及到标准的标量-矢量-张量分解。最后，我们证明，我们得到已知的线性扰动解决方案的标准相对论性微扰方案，通过执行两个步骤：第一，通过限制我们的解决方案的扰动，传播在一个平坦的未扰动的背景时空，第二，通过转换到欧拉背景坐标与截断的非线性项。
2017-12-29 astro-ph.CO gr-qc
Relativistic interacting fluids in cosmology
本文扩展了相对论性流体的作用量泛函以纳入非绝热过程和化学反应，并展示了其在自相互作用流体及暗区相互作用等宇宙学场景中的应用，提出了一个仅含单场单参数的统一暗区流体模型。
2025-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Geometric optics in relativistic cosmology: new formulation and a new observable
我们讨论了一种新的形式主义的光传播，可以使用的几何光学的有效性范围内，但没有限制的规模感兴趣的：从银河系内部的超大尺度的宇宙学。我们的主要结果之一是，在这个框架内，它是可能的计算所有相关的观测值（图像放大率，视差，位置漂移或自行车）通过简单地区分光子轨迹相对于初始数据。然后我们关注一个新的可观测量，我们称之为距离滑动：它被定义为角直径距离和视差距离之间的相对差。它的特殊性在于它的值独立于源和观察者的瞬时运动，并且对于短距离，它显示出断层成像特性，与视线上的物质量成比例。在进一步描述了它的性质和测量方法之后，我们将距离滑移的研究专门用于宇宙学。我们证明了它不依赖于哈勃常数H_0，它对其他宇宙学参数的依赖性不同于其他距离指标。这表明距离滑动可能包含新的信息。
2019-12-09 astro-ph.CO gr-qc
Einstein's cosmology review of 1933: a new perspective on the Einstein-de Sitter model of the cosmos
我们提出了第一个英文翻译和分析鲜为人知的评论相对论宇宙学写的阿尔伯特爱因斯坦在1932年底。这篇文章于1933年发表在一本翻译成法语的爱因斯坦论文集上，其中包含了对宇宙静态和动态相对论模型的大量评论，最终讨论了爱因斯坦-德西特模型。这篇文章提供了一个有价值的当代洞察爱因斯坦的宇宙学在20世纪30年代，并证实他的兴趣在于发展的最简单的宇宙模型，可以解释观察，而不是探索所有可能的宇宙模型。这篇文章还证实，爱因斯坦不相信简单的相对论模型可以准确描述早期宇宙。
2015-03-27 astro-ph.CO physics.hist-ph
Is backreaction in cosmology a relativistic effect? On the need for an extension of Newton's theory to non-Euclidean topologies
宇宙学反反应对应于结构的不均匀性对宇宙整体膨胀的影响。围绕这一现象的主要问题是，它是否足够重要，足以导致对标度因子演化的可测量影响，最终解释其加速或哈勃张力。关于这个问题的最重要的结果之一是Buchert-Ehlers定理（Buchert \& Ehlers，1997），它指出当使用牛顿引力理论计算时，反作用正好为零，这在广义相对论中可能不是这种情况。一般认为，这个结果意味着逆反应是一个纯粹的相对论效应。我们将证明，这是不一定的情况下，在这个意义上说，这一含义并不适用于宇宙仍然很好地描述了牛顿的理论在小尺度上，但有一个非欧几里德拓扑。因此，该定理应该被推广到这种情况。在一个启发式计算中，我们构建了一个局部牛顿但定义在非欧几里德拓扑上的理论，我们证明了逆反应是非零的，这意味着它可能是非相对论性的，这取决于我们宇宙的拓扑类。然而，这种结构并不是唯一的，仍然需要从广义相对论的非相对论性限制中得到证明。
2022-01-25 astro-ph.CO gr-qc
GRAMSES: a new route to general relativistic $N$-body simulations in cosmology. Part I. Methodology and code description
我们提出了GRAMSES，在广义相对论（GR）的非线性宇宙学$N$体模拟的新管道。该程序采用GR的Arnowitt-Deser-Misner（ADM）形式，具有常平均曲率和最小畸变规范固定，为相对论宇宙学提供了一个完全非线性和背景无关的框架。采用一个完全约束的配方，爱因斯坦方程减少到一组10个椭圆方程，使用多重网格松弛与自适应网格细化（AMR）解决，和三个双曲方程张量自由度的演变。当前版本的GRAMSES通过使用保形平坦近似忽略了后者，这允许它计算度量的两个标量和两个矢量自由度。在本文中，我们描述的方法，实施，代码测试和宇宙学模拟的第一个结果在$Λ$ CDM宇宙，而产生的初始条件和物理结果将在其他地方讨论。从公开的$N$ -体和流体动力学模拟代码RAMSES继承了高效的AMR和大规模并行化基础设施，GRAMSES是研究维里化宇宙结构内时空的详细行为的理想选择，因此可以准确地量化逆反应效应对宇宙膨胀的影响，以及使用宇宙体积模拟研究GR对宇宙学观测值的影响。
2020-02-03 astro-ph.CO gr-qc
Non-relativistic effective theories for fields with general potentials and their implications for cosmology
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）；Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM)（伊朗基础科学研究所）
本文提出一种系统框架，用于从具有通用自相互作用的相对论理论中推导非相对论有效场理论（NREFTs），并探讨其在宇宙学中的应用，包括超轻暗物质模型和孤子分析。
2026-04-12 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
Seesaw Cosmology
New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）；Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC（联邦ABC大学自然与人文科学研究中心）；Instituto de Física, Universidad de Antioquia（安蒂奥基亚大学物理研究所）
该研究提出跷跷板宇宙学，探讨暴胀子通过RHNs传递能量的微扰再加热过程，分析其热演化规律及对暗物质产生的影响，关联中微子质量、原初热历史与暗物质等现象。
2026-10-22 astro-ph.CO hep-ph
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
On a viable first order formulation of relativistic viscous fluids and its applications to cosmology
我们考虑一阶配方的相对论流体的体积粘度的基础上引入的应力-能量张量Lichnerowicz。选择一个正压状态方程，我们表明，这个理论满足基本的物理要求，并在进一步假设消失涡，运动方程是因果关系，无论是在一个固定的背景下，当方程耦合到爱因斯坦方程。此外，Lichnerowicz的建议不适合Hiscock和Lindblom研究的一阶理论的一般框架，因此他们的不稳定性结果不适用。这些结论适用于成熟的非线性理论，没有任何平衡或接近平衡的假设。这里探讨的方法和其他理论的相对论粘度，包括穆勒-以色列-斯图尔特制定之间的异同，得到解决。研究了基于Lichnerowicz应力-能量张量的宇宙学模型。最后，它也表明如何本模型可以推广到二阶制剂。
2017-05-31 astro-ph.CO gr-qc physics.flu-dyn
Fluids in cosmology
我们回顾了流体在宇宙学中的作用，首先介绍了他们在广义相对论，然后将其应用到FRW宇宙的模型。我们描述了相对论和非相对论分量如何在背景动力学中演变。我们还介绍了标量场，以表明他们能够产生一个暴胀动力学在非常早期（暴胀）和晚期（精华）。然后，我们继续研究的流体，最后，它的扰动运动学的物理性质。重点介绍了近年来宇宙学探测对参数的压缩。
2013-07-24 astro-ph.CO gr-qc
Lagrangian theory of structure formation in relativistic cosmology. VI. Comparison with Szekeres exact solutions
我们研究之间的关系Szekeres模型和相对论拉格朗日微扰计划，特别是相对论Zel'dovich近似（RZA）。我们表明，第二类的Szekeres解决方案是完全包含在RZA时，后者被限制到一个无旋的尘埃源流正交叶理的时空。在这种情况下，解由变形场的第一主标量不变量控制，证明了与一类没有对称性的牛顿三维解的直接联系。对于第二类，通过积分约束给出了在均匀尺度上宇宙反作用消失的充分必要条件。没有反作用的域可以平滑地匹配，形成晶格模型，其中精确的偏差在给定的均匀性尺度下平均，并且均匀和各向同性的背景被恢复为模型的平均属性。虽然与第一类的Szekeres解决方案的连接是不直接的，这一类允许的解释，在一个空间叠加的不相交的流体线，其中每个世界线独立发展，并根据RZA模型方程，但与不同的相关的“本地背景”。这指出了将拉格朗日微扰方案推广到不断发展的背景上的结构形成模型的可能性，包括全球宇宙学反作用。
2021-01-06 astro-ph.CO gr-qc
The effects of structure anisotropy on lensing observables in an exact general relativistic setting for precision cosmology
近年来，在追求精确宇宙学的过程中，对相对论性、高阶和非线性效应的研究已成为必要。我们在这里开发和应用一个框架来研究引力透镜的精确模型在广义相对论，不限于均匀性和各向同性，并在完全的非线性和相对论效应。我们应用的框架，一个特定的，各向异性的星系团模型是基于修改后的NFW晕密度分布和描述的Szekeres度量。我们研究的各向异性水平的增加，在星系团透镜观测像收敛和剪切的各种透镜几何形状的影响，发现一个强大的非线性响应的收敛和剪切射线通过各向异性区域的集群。在一个球对称结构的预期值的偏差是不对称的路径方向，因此将持续作为一个统计效果时，平均在一些合奏这样的集群。在各种几何形状中所得到的相对差异可以大到约2%，8%和24%，分别作为总簇质量的一部分，在各向异性水平为5%，10%和15%的收敛测量中。对于剪切的总幅度，相对差异可以在结构的中心附近增长，对于相同水平的各向异性，平均在两个极端几何形状上，可以增长到15%、32%和44%。如所预期的，对于沿着结构中的最大偶极各向异性的轴的方向通过的射线，会聚受到最强烈的影响，而对于沿着与该轴正交的方向通过的射线，剪切受到最强烈的影响。由于各向异性结构的这些效应将影响透镜测量，必须在精确宇宙学时代进行全面检查。
2014-04-09 astro-ph.CO gr-qc
A mechanism for formation of Bose-Einstein condensation in cosmology
本文介绍了一个在宇宙学中具有三线性标量耦合的标量粒子玩具模型。三线性耦合$ϕ^2χ$导致通过过程$χχ\,\rightarrow\,ϕϕ$产生非相对论性$ϕ$颗粒，其中最初仅存在相对论性$χ$颗粒。我们考虑了$χχ\,\rightarrow\,ϕϕ$的初始时刻，观察到弯曲空间效应促进了$ϕ$粒子的玻色-爱因斯坦凝聚体的形成。
2019-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Cosmology and stellar equilibrium using Newtonian hydrodynamics with general relativistic pressure
我们重新回顾了Hwang和Noh [JCAP 1310（2013）]的分析，旨在构建一组包含广义相对论典型压力效应的牛顿方程。我们明确推导出黄能方程，比较它们与文献中发现的类似计算。然后，我们用新方程组研究了$i)$宇宙膨胀、$ii)$线性宇宙学扰动理论和$iii)$恒星平衡，并与通常的牛顿理论、新牛顿理论和广义相对论的结果进行了比较。我们表明，宇宙的背景演化的预测是深刻的改变相对于广义相对论理论：宇宙的加速是实现与正压。另一方面，小的宇宙学扰动的行为再现了相对论背景下的行为，即使只是在小尺度上。我们认为，这最后的结果可能会打开新的可能性，在宇宙中的结构形成的数值模拟。最后，用黄能方程定性地再现了中子星的性质，但质量上限比广义相对论中得到的质量上限至少高一个数量级。
2016-04-20 astro-ph.CO gr-qc
100 Years of Relativistic Cosmology (1917-2017). Part I: From Origins to the Discovery of Universal Expansion (1929)
在宇宙学领域，我们正在经历一个知识分子极度活跃的时期。数量和质量都前所未有的大量观测数据以及更加一致的理论框架将宇宙学推向了精确的时代，使该学科成为当代科学的前沿领域。对Ia型超新星（SNe Ia）的观测表明，膨胀的宇宙正在加速，这是传统减速模型中无法解释的事实。确定这种加速的原因是该领域最根本的问题。正如科学复兴时期一样，解决方案将在不久的将来指导这门学科的发展，可能的答案（无论是暗能量，广义相对论的某种扩展还是一种仍然未知的机制）也应该利用物理学的发展。在这种情况下，不放弃教学方法，我们提出了一个概述的主要理论结果和最重要的观测发现的宇宙学在过去的100年。宇宙学的传奇将以三部曲的形式呈现。在这篇文章（第一部分）中，基于爱因斯坦、德西特、弗里德曼、勒梅特和哈勃的文章，我们将描述宇宙学起源和宇宙膨胀发现（1929年）之间的时期。在第二部分，我们将看到从1930年到1997年的这段时间，以旧的标准减速模型结束。第三部分将完全致力于宇宙的加速模型，二十一世纪的宇宙范式。
2017-09-12 astro-ph.CO physics.ed-ph physics.hist-ph
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
Observational Cosmology in Macroscopic Gravity
我们讨论的宏观引力（MG）的框架内，这是一个理论，模拟大尺度上的时空几何平均的影响宇宙模型的建设。我们发现新的精确的空间均匀和各向同性FLRW解决方案的MG场方程，并调查大规模的扰动。我们发现，任何不均匀的扰动的平均几何形状受到严格限制，但可能的各向异性的相关张量的距离测量可能会有显着的后果。这些计算是MG方法中的第一步，它将平均宇宙学模型发展到可以用来解释真实宇宙学数据的程度，从而为“和谐”LCDM模型提供了一个工作替代方案。
2012-10-25 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology of Spin-2 Fields
柯西-科瓦列夫斯基定理适用于爱因斯坦方程的解和宇宙学。定理的三个基本要求：使用解析级数;边界表面的存在;和独立的初始数据的设置进行了修改，使用几何分析的方法。结果表明，在相对论性阶段，宇宙的标准模型受爱因斯坦引力的支配，它被描述为一个无质量的自旋2场，但它必须由有质量的自旋2场来补充，后者对应于宇宙的暗区。另一方面，在暴胀阶段，宇宙体积的指数增长被证明与热的、非相对论性的膨胀是一致的。这两个阶段被最后一个暴胀面分开。
2015-11-05 astro-ph.CO gr-qc
Radiative transport of relativistic species in cosmology
我们回顾了费米子和玻色子（光子）的气体分布函数的一般结构，强调这两种情况之间的相似性和差异。描述光子偏振的中心对象是张量值分布函数，而费米子则是矢量值分布函数。费米子和玻色子的玻尔兹曼方程的碰撞项也具有相同的一般结构，不同之处仅在于与所述反应的终态相关的量子效应。特别是，中子质子转换在早期宇宙中，它设置的原始氦丰度，享有许多相似之处与康普顿散射的形状的宇宙微波背景，我们表明，两者都可以处理与福克-普朗克型膨胀。对于中子-质子转换，这允许获得精确理论预测所需的有限核子质量修正，而对于康普顿散射，它导致进入Kompaneets方程的热和反冲效应。我们将后者推广到各向异性和偏振光子分布函数的一般情况。最后，我们讨论了一个参数化的光子光谱的对数矩的基础上，它允许一个整洁的温度变化和光谱失真之间的分离。
2020-10-04 astro-ph.CO gr-qc
