早期宇宙中的宇宙非均匀性: 一种数值相对论方法

宇宙暴胀可以说是最受青睐的极早期宇宙范式。它假定了一个快速、近指数且加速膨胀的早期阶段。暴胀模型能够解释当今宇宙在大尺度上的整体平坦性与均匀性。尽管被物理学界广泛接受, 这些模型并非没有批评。在标量场暴胀中, 开始暴胀的必要条件是要求宇宙由场的势能主导, 这意味着标量场动力学的贡献为次主导。这引发了大量关于暴胀初始条件的自然性以及可能精细调节的科学辩论与文献。另一个争议问题涉及暴胀的结束, 以及需要预加热机制以在暴胀后产生热大爆炸等离子体。在本论文中, 我们展示完整的广义相对论模拟来研究这两个问题, 特别关注 Starobinsky 与 Higgs 暴胀模型。首先, 我们考虑在单场情形下从高度动力学且非均匀的“暴胀前”时期开始暴胀的精细调节问题。在我们的第二项研究中, 我们将暴胀前的多场范式与预加热阶段一致地共同处理。这些研究证实了这些暴胀模型对一般初始条件的鲁棒性, 同时揭示了预加热期间不可忽略的引力效应。在文稿末尾, 我们讨论了数值模拟在宇宙学中的潜在应用, 包括我们对原初黑洞形成的初步研究。