利用基本常数限制宇宙学模型 I. 精质与 K-精质

许多宇宙学模型引入滚转标量场来解释观测到的宇宙加速膨胀。这些理论通常包含一个作为标量场 $\phi$ 函数的势 $V(\phi)$。尽管 $V(\phi)$ 可以由非常多样的函数集表示，但最近的工作表明，在慢滚条件等特定条件下，状态方程参数 $w$ 要么独立于 $V(\phi)$ 的形式，要么是属于仅有少数几个参数的解族的一部分。在此类现实模型中，标量场与模型的其他部分耦合，导致基本常数（如精细结构常数 $\alpha$ 和质子 - 电子质量比 $\mu$）发生可能可观测的变化。本文探讨了这对各种引入滚转标量场的宇宙学模型有效性的限制。我们发现，对 $\mu$ 变化的限制对宇宙学参数 $w+1$ 与新物理参数 $\zeta_\mu^2$（即 $\mu$ 与滚转标量场之间的耦合常数）的乘积施加了显著约束。即使将宇宙学模型限制在非常缓慢的滚转条件下，$\zeta_\mu$ 的值也必须处于其预期值的下限或更低，或者 $w+1$ 的值必须被限制在趋近于 0 的极小范围内。这意味着滚转标量场要么与电磁场耦合非常弱（小 $\zeta_\mu$），要么与引力耦合非常弱（$w+1 \sim 0$），或者两者兼而有之。这些结果强调，遵守测得的 $\mu$ 不变性是检验任何 Proposed 宇宙学及其所需新物理有效性的非常重要的测试。对 $\mu$ 变化的限制也与报告的 $\alpha$ 值变化产生了显著张力。