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亚稳宇宙学常数与引力气泡:修正引力中的超晚期转变

广义相对论与量子宇宙学 2025-03-27 v2 宇宙学与河外天体物理

摘要

观测到的宇宙学常数可能源自标量场势能的最小值 UminU_{min},其中标量场因具有大质量而被冻结。如果该真空是亚稳态的,它可能在现在或未来衰变到真真空。假设其衰变率 Γ\Gamma 与哈勃膨胀率 H0H_0 相当,我们估算了真空气泡的尺度并分析了其演化。我们发现它们的初始形成尺度为亚毫米级,且如果 m1.7103eVm \gtrsim 1.7 \cdot 10^{-3}\, eV,其张力会导致其迅速坍缩。对于更小的质量,气泡以光速膨胀。我们将分析扩展到具有非最小耦合的标量-张量理论,发现引力常数气泡的成核尺度仍与广义相对论的亚毫米范围一致。临界质量尺度保持在 103eV10^{-3}\,eV 左右。在红移 zobs0.01z_{obs} \sim 0.01 处的理论估计表明,可观测气泡半径约为 50\sim 50 Mpc,这意味着引力转变发生在大约 300\sim 300 Myr 前,其现今尺度接近 100100 Mpc。此外,我们探索了导致 ΔG/GN\Delta G/G_N1%7%1\%-7\% 范围内变化的质量范围(m<103eVm < 10^{-3}\,eV)和非最小耦合 ξ\xi 范围(108eV2n101eV2n10^{-8}\,eV^{2-n} - 10^{-1}\,eV^{2-n})。我们假设非最小耦合形式为 F(ϕ)=1/κξϕnF(\phi)=1/\kappa - \xi \phi^n,其中 κ=8πGN\kappa=8\pi G_N2n92 \leq n \leq 9。最后,我们回顾了解决哈勃张力问题的各种基于局部物理或/和转变的提议方案,包括超晚期转变模型(z0.01z \sim 0.01)、屏蔽第五力机制,以及在 z2z \sim 2 处发生转变的 Λs\Lambda_{\rm s}CDM 模型。我们讨论了支持这些场景的观测线索及其面临的理论挑战。

关键词

引用

@article{arxiv.2503.11365,
  title  = {Metastable Cosmological Constant and Gravitational Bubbles: Ultra-Late-Time Transitions in Modified Gravity},
  author = {Dimitrios Efstratiou and Leandros Perivolaropoulos},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2503.11365},
  year   = {2025}
}

备注

38 pages, 20 figures