Cosmological backreaction
这项工作总结了一些试图解释的现象，暗能量作为一个有效的描述复杂的引力物理和适当的解释观察。宇宙学的逆反应已经被证明与观测（精确）宇宙学有关，然而迄今为止还没有令人信服的解释暗能量的逆反应。
2010-03-15 astro-ph.CO gr-qc
Fermionic Backreaction on Quantum Spacetimes: Cosmological Implications
University of Gdańsk（格但斯克大学）；Penn State Milton S. Hershey Medical Center（宾夕法尼亚州米尔顿·S·赫希医学中心）
本文综述圈量子宇宙学中狄拉克费米子的哈密顿框架，探讨费米子反作用的反作用通道、修饰度规及宇宙学意义，凸显费米子物质的独特作用。
2026-07-30 gr-qc
de Sitter Radiation and Backreaction in Quantum Cosmology
我们探讨的量子宇宙学描述的de Sitter（dS）辐射和它的反作用dS空间，固有的纯引力与宇宙学常数的惠勒-德威特方程的波函数。我们首先研究了量子Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker宇宙学模型，然后考虑了宇宙的不均匀性对dS辐射的可能影响。在这两种情况下，我们得到修改后的弗里德曼方程，包括时空波动的反反应，和量子校正dS温度。结果表明，量子修正使dS温度以dS标度与普朗克标度之比为特征的增量增加。
2012-10-30 gr-qc
Quantum Cosmological Backreactions I: Cosmological Space Adiabatic Perturbation Theory
由于最近在理论建模和观测精度方面的重大进展，在目前可用的普朗克时代宇宙学数据中寻找量子引力指纹越来越受到关注。不出所料，理论预测对发生在经典大爆炸奇点附近的量子效应非常敏感。因此，尽可能精确地描述这些影响具有重大意义。这是一系列论文中的第一篇，这些论文旨在改善由于物质和几何之间的逆反应而产生的量子效应的处理。我们采用的技术是空间绝热微扰理论（SAPT）的形式发展的开创性论文Panati，Spohn和Teufel。SAPT是更熟悉的Born Oppenheimer近似（BOA）的推广，适用于允许将自由度分裂为两组在不同时间尺度上传播的系统，例如宇宙学中的均匀和非均匀场模式。我们将表明，这导致目前被忽视的修正项的量子弗里德曼方程。在本文中，我们适应和推广SAPT的混合方法，以量子宇宙学开发的Mena Marugan等人。允许系统的量子分离的（中）均匀模式。由于SAPT是为量子力学而不是量子场论开发的，因此必须满足几个挑战。
2019-06-19 gr-qc
Non-Perturbative Bounds on Cosmological Backreaction, the Non-Linear Scale, and Gauge-Invariant Mutual Information from the Matter Power Spectrum
University of Cape Town (UCT)（开普敦大学）
利用介观粗粒化框架，推导了宇宙学反作用的非微扰下界，将累积量展开收敛半径与物质功率谱非线性尺度关联，并证明高斯场中互信息的规范不变性。
2026-06-07 gr-qc
Backreaction of Cosmological Perturbations in Covariant Macroscopic Gravity
在宇宙学的背景下，由于平均不均匀性（“反反应”）而引起的爱因斯坦方程的修正问题最近得到了相当大的关注。本文给出了在Zalaletdinov完全协变宏观引力框架下分析宇宙学扰动理论的结果。我们表明，这个框架可以适应设置的宇宙学扰动的方式是免费的规范相关的歧义。我们推导出的表达式可以很容易地应用在\emph{any}的情况下（不一定局限于这里考虑的线性扰动），其中的\emph{metric}可以带来扰动FLRW形式的反作用。特别是这些表达式可以用于研究非线性结构形成的玩具模型，也可能用于N体模拟。此外，我们提出的例子计算结果表明，逆反应仍然可以忽略不计，以及到物质主导的时代。
2008-08-14 astro-ph gr-qc
A covariant and gauge invariant formulation of the cosmological "backreaction"
利用我们最近提出的定义规范不变的平均值，我们给出了一个一般的协变制定所谓的宇宙学的“反反应”。我们有效的协变方程使我们能够以明确的规范不变形式描述经典或量子不均匀性影响宇宙平均演化的方式。
2010-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A rule of thumb for cosmological backreaction
在二阶微扰理论的背景下，宇宙学的反作用被认为可以重新调整时间和标度因子。解决了长波长扰动的齐次极限问题，并根据规范不变的度量函数（齐次极限中真正的物理自由度）量化了反反应。这个度规函数的时间积分控制着逆反应是加速还是延迟宇宙的膨胀。作为一个例子，宇宙的晚时加速被证明是不一致的微扰方法。任何加速膨胀的趋势都需要负的非绝热压力波动。
2006-05-09 astro-ph gr-qc hep-th
Cosmological Magnetic Fields from Inflation and Backreaction
本文研究了暴胀磁生机制中的逆反应问题。在通常的分析中，假设电磁场的反作用一旦变得重要，就会破坏暴胀。然而，这一假设没有任何理由。因此，我们通过考虑反反应来分析暴胀的磁生作用。相反，天真的期望，我们表明，通货膨胀仍然继续，即使在逆反应开始工作。然而，事实证明，由于逆反应，原始磁场的产生被显著抑制。
2009-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gauge invariant averages for the cosmological backreaction
我们展示了如何提供合适的规范不变处方的经典空间平均值（分别）。量子期望值），这是在经典的评估中所需要的（分别是，量子）逆反应效应。我们还提出的例子说明如何使用规范不变的处方可以避免解释问题，防止误导性的结论。
2009-03-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological backreaction of heavy string states
我们提出了一个机制，有一个平滑的过渡，从大爆炸前的阶段，一个标准的宇宙学阶段。这种转变是由引力产生的重质量弦状态驱动的，这些状态对几何结构产生反作用，阻止曲率的增长。在弦尺度附近，粒子产生可以变得有效，因为弦相空间补偿了粒子产生的指数抑制。数值解的宇宙演化与此源。
2011-10-19 gr-qc hep-th
Backreaction effects on the matter side of Einstein's field equations
最近，我们推导出了一个新的和紧凑的表达式如何在宇宙流体的物质场的扰动可以导致偏离标准的弗里德曼方程。值得注意的是，在暗区中，体积和剪切粘度对速度扰动的耗散阻尼可以修改宇宙在任意大尺度上的膨胀历史。在这种效应足够大的宇宙中，它可以解释宇宙膨胀的加速。但是，即使暗物质的粘性较低，其影响也相应较小，但在精确宇宙学时代，它可能会产生可观察到的后果。在这里，我们回顾了这种逆反应效应的起源和进一步限制它的可能性。
2015-06-01 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
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。
2009-11-26 astro-ph.CO gr-qc
On the onset of cosmological backreaction
宇宙学的逆反应被认为是对暗能量的一种解释，但从那时起就存在很大的争议。本文将宇宙学扰动理论与Buchert的非微扰框架相结合，计算了同步规范场中的二阶平均观测量，并讨论了它们与规范场的依赖关系。在可积性条件的帮助下，从一阶计算得出主导的二阶贡献。我们专注于宇宙学的逆反应的发病，作为微扰治疗必然限于时代的影响仍然很小。我们证明了所有平均物理观测量的主要贡献是完全指定的边界上的平均域。对于任何有限域，这些表面项一般都是非零的，因此反作用是真实的。我们映射上的有效均匀和各向同性流体的反作用。通用的有效状态方程不仅与时间有关，而且与尺度有关。
2007-09-17 astro-ph gr-qc hep-ph
Backreaction and continuum limit in a closed universe filled with black holes
讨论了以黑洞为引力场唯一源的真空封闭宇宙学模型的初始数据的连续极限。我们考虑的模型是一个精确的约束方程的解，并表示一个真空宇宙与一些黑洞放置在$S^3$拓扑的空间切片考虑在其最大的扩张时刻时，黑洞是瞬间静止。我们解释了如何以及在什么条件下FLRW度规产生的连续极限时，模型中包含的黑洞的数量趋于无穷大。我们还讨论了从时空的大尺度几何推导出的模型的有效宇宙学参数与单个黑洞质量之间的关系。特别是，我们证明了系统的总有效质量和所有黑洞的质量之和之间的差异的估计，从而量化的物质分布或宇宙学的逆反应的不均匀性的影响。
2014-02-16 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
Canonical description of cosmological backreaction
准经典动力学的正则方法通过包含独立的场，如关联自由度，使得超越宇宙学扰动的严格背景近似成为可能。本文介绍并分析了在背景和扰动之间存在量子相关性以及量子场不同模式之间的互相关性的情况下的宇宙动力学新模型。演化方程的时刻的扰动状态揭示了所需的条件，建立了一个初始真空的不均匀性。量子非定域性起着至关重要的作用，它通过正则方法表述为具有由量子态的矩给出的非经典自由度的等效定域理论。
2021-07-02 gr-qc hep-th
Cosmological backreaction and spatially averaged spatial curvature
有人认为宇宙的加速膨胀是由于小尺度密度扰动对大尺度时空几何的反作用。虽然反对这一建议的证据已经积累，但尚未明确排除。这个问题的许多研究都集中在Buchert形式主义，它计算同步共动规范中量的空间平均值。我们认为，这种形式主义的减速参数同意与观察，三维里奇标量（空间曲率）的空间平均值必须是大的今天，与$Ω_k$的范围内的$1 \le Ω_k \le 1.3$。我们认为，这种约束是难以调和的CMBR的第一个多普勒峰值的位置的观测。我们用一个简单的玩具模型来说明这个论点，我们发现它与观测结果是不相容的。
2008-09-11 astro-ph gr-qc
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
Description of our cosmological spacetime as a perturbed conformal Newtonian metric and implications for the backreaction proposal for the accelerating universe
有人认为，我们宇宙的时空可以用扰动共形牛顿度规精确描述，因此即使尘埃宇宙中的密度不均匀性很大，也不能改变均匀尘埃模型预测的观测值。在本文中，我们研究了一个球对称尘埃模型，并说明了条件下，大的空间变化的膨胀率可以无效的论点。
2008-11-05 astro-ph 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
Scale dependence of cosmological backreaction
由于空间平均和时间演化的非交换性，不均匀性和各向异性（宇宙结构）通过宇宙学反反应机制影响平均宇宙的演化。我们研究了作为一个函数的平均规模的微扰方法高达更高的订单的反作用。我们计算了临界尺度的层次结构，在该层次结构中，10%的效应从不同阶次的平均值中显示出来。占主导地位的贡献来自平均空间曲率，可观察到的尺度为200 Mpc。对于半径为40（60）Mpc的球形区域，局部哈勃率的宇宙方差为10%（5%）。我们将我们的结果与牛顿宇宙学和哈勃空间望远镜重点项目的数据进行了比较。
2008-10-13 astro-ph gr-qc hep-ph
On the cosmological backreaction for large distance modifications of gravity
每一个在宇宙学距离上修改引力的理论，如果还没有被太阳系的观测排除，那么它必须表现出某种非线性机制，在接近致密物质源的地方关闭这种修改。考虑到这种非线性，人们可能会期望这样的理论显示出巨大的引力反作用，即小尺度不均匀性对宇宙大尺度演化的一级影响。我们认为，情况不一定如此。如果方程中的主要非线性项服从移位对称性，则非线性的平均影响可以很小，尽管在小尺度上的影响很大。这种情况发生在DGP（类）修改和所谓的f（G）（或高斯-邦纳）模型。对于这两种类型的模型，移位对称性是更大的“伽利略”对称性的一部分。
2010-10-19 astro-ph.CO gr-qc
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
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 from Perturbations
我们重新制定的平均爱因斯坦方程的形式适用于牛顿规范线性微扰理论和跟踪的大小的修改标准罗伯逊-沃克演化的最大尺度上的红移的函数爱因斯坦de-Sitter和λ CDM宇宙学。在这两种情况下，由线性微扰产生的有效能量密度都是物质密度的10^-5量级，这是可以预期的，有效状态方程为w ~ -1/19。使用修改后的Halofit码将我们的结果扩展到准线性尺度，我们发现，虽然更大，但与罗伯逊-沃克行为的偏差仍然保持在10^-5的数量级。
2007-12-18 astro-ph gr-qc
Backreaction in Cosmology
在这篇评论中，我们调查的问题，在不同的方法宇宙学扰动理论的逆反应，并特别侧重于量子理论方面。通过反反应，我们在这里指的是物质场或宇宙学不均匀性对宇宙学的均匀动力学背景自由度的影响。我们首先概述了经典宇宙学的反作用，它非常适合于在晚时间宇宙的物理情况。然后，我们继续向后的时间，考虑半经典的方法，如半经典或随机（半经典）引力，考虑量子效应的扰动。最后，我们回顾了量子宇宙学中的逆反应方法，这些方法应该适用于经典和半经典近似崩溃的早期宇宙。主要的重点是最近提出的实施量子宇宙学中使用玻恩-奥本海默启发的方法的逆反应。
2021-06-29 gr-qc hep-th math-ph
Backreaction in Cosmological Models
目前研究的大多数宇宙学模型都是基于均匀性和各向同性的假设。观测上，我们可以找到在非常大尺度上支持这些假设的证据，最强的证据是宇宙微波背景辐射的几乎各向同性，在将整个偶极子分配给我们相对于该背景的自行之后。然而，在小规模和中等规模高达数百Mpcs，有很强的偏离均匀性和各向同性。这里出现的问题是如何将观测与均匀和各向同性模型联系起来。解决这个问题的通常建议是假设Friedmann-Lemaitre模型描述了平均观测值。这样的平均值可以用空间平均值来识别。对于牛顿流体动力学，Buchert和Ehlers（1997）详细讨论了平均过程，从而在Friedmann方程中增加了一个逆反应项。我们使用欧拉线性近似和'泽尔'dovich近似'来估计的效果的逆反应项上的扩展。我们的研究结果表明，即使域匹配的背景密度的平均值，尺度因子的演变强烈偏离弗里德曼解决方案，严重依赖于内部的速度场。
1999-07-12 astro-ph 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
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
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
Graviton backreaction on the local cosmological expansion in slow-roll inflation
在慢卷暴胀中，当两个慢卷参数都是有限的时，我们计算了引力子对局域膨胀率期望值的单圈修正。计算是基于最近的方法，明确地构建规范不变的观测量在微扰理论的所有订单的微扰量子引力，它是特别适合于高度对称的时空背景的情况下。我们的分析增加了最近对德西特时空和恒定减速单场暴胀中的修正的计算。在前一种情况下，一个消失的单圈校正被发现，而在后者的量子反反应产生的长期效应，加速膨胀。我们在这里描述的量子修正产生了一个有限的长期效应，可以加速或减速的背景膨胀，这取决于慢滚参数的值。
2021-06-03 gr-qc hep-th
Backreaction of inhomogeneities on the expansion: the evolution of cosmological parameters
平均和演化不均匀性是非交换操作。这意味着平均模型与标准弗里德曼-勒梅特宇宙学之间存在偏差。我们量化这些偏差，编码在一个反反应参数，在牛顿宇宙学的框架。我们采用欧拉和拉格朗日方法的引力不稳定性的线性理论，以及球对称和平面对称的解决方案作为参考标准。我们提出了一个模型的演化的空间域的平均特性的通用初始条件，其中包含的球形礼帽模型和平面崩溃模型作为精确的子情况。一个核心的结果是，在足够大的域上计算的逆反应项本身很小，但是，它的存在仍然可以使平均域上的宇宙学参数远离标准模型的全局值。我们量化这些参数的变化，在初始数据的波动，来自初始冷暗物质密度波动的功率谱。例如，在今天半径为100 Mpc的区域中，最初的一个西格玛波动，密度参数偏离其均匀值15%;三个西格玛波动导致偏差大于100%。
2000-05-04 astro-ph 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
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
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
Backreaction and the Parametric Resonance of Cosmological Fluctuations
本文研究了一类双场暴胀宇宙模型λ <$^4/4 + g^2χ ^2 <$^2/2，在这类模型中，再加热初始阶段的参数共振会导致宇宙学涨落的振幅呈指数放大.采用分析参数和数值模拟，我们确定的时间在背景场上的波动的反作用关闭的指数增长，利用哈特里近似，并包括标量度量扰动。对于g^2/λ=2的情况，我们发现，除非暴胀持续时间很长，否则预热后的涨落幅度将超过观测上界，而与λ的值无关。当g^2/λ>=8时，宇宙学涨落是可以接受的小。我们还发现，χ场自相互作用的加入可以限制涨落的增长，并且在负耦合的情况下，系统可以有效地变为单场，消除共振。
2000-07-20 astro-ph gr-qc hep-ph
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
Gravitational waves in cosmological models of Hořava-Witten theory
本文研究了五维Hoelava-Witten理论宇宙学解中引力波的行为及其对背景的反作用。作为动力学背景，我们考虑两个宇宙学的解决方案，空间平坦的扩展FRW膜，称为$(\uparrow)$ -和$(\downarrow)$ -解决方案，其中的orbifold大小增加和减少的时间，分别。对于这些背景解，张量扰动的波动方程可用分离变量法求解，模函数用分离常数分类，分离常数可视为引力子质量。我们发现，模式函数的空间行为是相同的背景解决方案，但时间行为是显着不同的。我们进一步表明，对于$(\uparrow)$解决方案，背景散装几何是不稳定的对扰动的反作用，而对于$(\downarrow)$解决方案，散装几何上的反作用可以忽略不计。我们还表明，在对比的效果，以散装几何，扰动的反作用显着改变膜的固有几何的$(\downarrow)$解决方案。
2000-12-12 gr-qc hep-th
Backreaction and FRW consistency conditions
如果FRW度量在大尺度上是一个很好的近似，那么距离和膨胀率，以及不同的距离概念，满足一定的一致性条件。我们适合的JLA SNIa距离数据，以确定预期的幅度违反这些条件，如果加速膨胀是由于反作用。加上宇宙钟和BAO膨胀率数据，我们还独立于模型确定了目前对这种违反的观测限制。我们发现，预测的最大反向反应幅度$|k_H|\lesssim1$（95% CI）与当前观测约束$|k_H|\lesssim1$的数量级相同，精确的数量取决于所采用的拟合方法（多项式或样条）和恒星星族演化模型。我们还发现，从膨胀率数据确定的$H_0$的值的约束是敏感的恒星演化模型。我们预测LSST+欧几里得类SNIa加上欧几里得星系微分年龄数据的约束。我们发现改进的因素6的反作用的情况下，3的模型无关的情况下，探测一个有趣的区域可能的签名。
2017-09-18 astro-ph.CO gr-qc
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
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
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
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
Quantum Backreaction in Effective Brans-Dicke Bianchi I Cosmology
Universidad Autonoma de Chihuahua（奇瓦瓦自治大学）；Universidad Autonoma Metropolitana- Cuajimalpa（墨西哥自治大学-夸希马尔帕分校）；Universidad Autonoma Metropolitana- Iztapalapa（墨西哥自治大学-伊斯塔帕拉帕分校）
研究布兰-迪克框架下I型宇宙模型的有效量子演化，通过包含期望值、量子色散和不同自由度间交叉相关项的有效哈密顿量方法，发现交叉相关项对物理一致的动力学至关重要，能抑制奇点并增强能量密度峰值，同时影响宇宙学动态。
2026-04-03 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
$f(R)$ 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
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
