压缩量子场的内禀熵与宇宙学扰动的非平衡量子动力学

宇宙中的密度对比由标量宇宙学扰动支配，当以规范不变变量表示时，其包含来自标量度规扰动的经典分量与来自暴涨场涨落的量子分量。长久以来已知宇宙学膨胀对量子场的作用等同于压缩（squeezing）。因此宇宙学扰动的熵可通过在压缩量子系统框架中处理它们来研究。自由量子场的熵是一个看似简单却微妙的问题。在本文中，不同于以往处理，我们用为此类系统充分发展的非平衡量子场论形式体系解决该问题。我们计算参数化量子场的协方差矩阵元，并求解密度矩阵元与 Wigner 函数的演化，并由此导出冯·诺依曼熵。我们随后明确展示为何压缩却封闭的系统的熵为零，但在粗粒化掉粒子对间关联后产生的粒子数成正比。我们还构建了我们的量子场论结果与此前作者所用经典随机场概率分布结果之间的桥梁。由此可看出量子场论方法相对于随机经典场处理的明显优势，因为后者遗漏了量子场某些重要的量子性质，如纠缠与相干。