标量-张量理论向广义相对论的收敛与原初核合成

本文分析了由任意耦合函数 $\alpha$（在 Einstein 框架下）定义的标量-张量引力理论向广义相对论收敛的条件。我们证明，标量场 $(\phi)$ 的演化一般由两种相反的机制支配：一种是趋向于将标量-张量模型驱动至 Einstein 理论的吸引机制，另一种是具有相反效应的排斥机制。当且仅当标量场及其导数满足特定边界条件时，吸引机制才在宇宙演化的近期阶段占主导。由于这些向广义相对论收敛的条件取决于用于描述宇宙演化的特定标量-张量理论，耦合函数当前值 $\alpha_0$ 的核合成约束在不同理论之间差异巨大。例如，在由 $\alpha \propto |\phi|$ 定义的理论中，解析估计给出对 $\alpha_0$ 极为严格的核合成约束（$\lesssim 10^{-19}$）。相比之下，在由 $\alpha \propto \phi$ 定义的标量-张量理论中，发现对 $\alpha_0$ 的限制要大得多（$\lesssim 10^{-7}$）。