关于 Friedmann 宇宙中的磁演化及宇宙磁生成问题

我们分析了空间平坦 Friedmann 宇宙中原初磁场的演化，并重新审视了这样一种信念：即暴胀之后，这些磁场在所有尺度上都会绝热衰减。在不放弃经典电动力学或标准宇宙学的前提下，我们证明了对于超视界尺度的磁场，情况未必如此。其根本原因在于因果性，它将暴胀后的电流形成、电场消除和磁通冻结过程限制在视界之内。因此，超哈勃尺度上的绝热磁衰减并非先验保证。相反，暴胀后的大尺度磁场遵循幂律解，其中一种模式的衰减速率慢于绝热衰减。这种缓慢衰减的模式是否能主导并决定暴胀后的磁演化取决于初始条件。这些条件由暴胀期间场的演化以及从 de Sitter 相到再加热时期再到随后的辐射和尘埃时期的过渡性质所决定。我们讨论了两种替代且互补的情景，以说明初始条件对宇宙磁生成的作用和影响。我们的主要观点是，只要磁场保持在视界之外，它们在暴胀后就可以被超绝热放大。这意味着暴胀产生的磁场可以达到天体物理相关的剩余强度，而无需背离标准物理。此外，利用相同的因果性论证，可以约束（或在某些情况下辅助）那些在暴胀期间放大磁场的非传统原初磁生成情景。最后，我们表明我们的结果自然地扩展到边际开放和边际闭合的 Friedmann 宇宙。