“大爆炸”作为早期宇宙中的一级相变

本文论证了启动我们宇宙创造的“大爆炸”可能是由基本非线性标量场与引力场相互作用诱导的一级相变的结果。我们提出，描述具有“虚质量”且存在于非零标量曲率 $R$ 时空中的 ${\phi}^4$ 型非线性标量场 $f$ 的拉格朗日量，除了标准的 $\propto R|{\phi}|^2$ 二次项外，还应增加一个额外的线性项 $\propto R{\phi}$。这个关于 ${\phi}$ 的线性项起着“外场”的作用，导出了标量场势能极值的 ${\phi}$ 三次方程，并确保了由正比于 $R$ 的参数驱动的一级相变的可能性。假设早期宇宙充满了处于基态的非线性标量场和相对于所有电荷呈中性的冷物质，满足状态方程 $p={\nu}{\epsilon}$。研究表明，在条件 ${\nu}>1/3$ 下，标量曲率 $R={\kappa}(3{\nu}-1){\epsilon}-4{\Lambda}$（其中 ${\Lambda}$ 为宇宙学常数）随着宇宙膨胀过程中物质能量密度的降低而减小，并在发生一级相变时达到某个临界值 $R_c<0$。利用表征希格斯场的参数，表明系统在约 $10^{-31}$ s 的时间跨度内迅速“滚落”至势能最小值。在此期间，相变的潜热被释放，使宇宙温度升高至普朗克值 $T_P=10^{32}$ K，这可被视为产生了 $4 \cdot 10^{30}$ GW 功率的“大爆炸”。