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前大爆炸要求宇宙从一开始就指数级巨大

高能物理 - 理论 2009-09-29 v3 天体物理学 广义相对论与量子宇宙学 高能物理 - 唯象学

摘要

我们表明,在前大爆炸情景的典型情况下,只有当宇宙在暴胀开始时从一开始就极其巨大且均匀时,暴胀才能解决宇宙学问题。在前大爆炸(PBB)暴胀阶段开始时,宇宙均匀部分的大小必须大于101910^{19} lsl_s,其中lsl_s是弦长。暴胀域的总质量必须大于1072Ms10^{72} M_{s},其中Msls1M_{s} \sim l_s^{-1}。如果宇宙最初是辐射主导的,那么它当时的总熵必须大于106810^{68}。如果宇宙是封闭的,那么在它形成的那一刻,它必须在102410^{24}个因果不连通域上是均匀的。在这种情景下,PBB阶段的自然持续时间是Mp1M_p^{-1}。我们认为,由于量子涨落,开放的PBB宇宙的初始状态不可能是均匀的。独立于均匀性问题,必须引入两个大的无量纲参数,g02>1053g_0^{-2} > 10^{53}B>1091B > 10^{91},以解决PBB宇宙学中的平坦性问题。在PBB情景中不会出现永恒暴胀的状态。这应该与混沌暴胀情景的最简单版本进行比较,在后者中,永恒暴胀的状态可以在大小为O(Mp1)O(M_{p}^{-1})、初始辐射熵为零、质量为O(Mp)O(M_p)、几何熵为O(1)的宇宙中开始。我们得出结论,即使解决了该情景中的优雅退场问题,当前版本的PBB情景也无法取代通常的暴胀。

关键词

引用

@article{arxiv.hep-th/9801073,
  title  = {Pre-Big-Bang Requires the Universe to be Exponentially Large From the Very Beginning},
  author = {Nemanja Kaloper and Andrei Linde and Raphael Bousso},
  journal= {arXiv preprint arXiv:hep-th/9801073},
  year   = {2009}
}

备注

14 pages, a discussion of the flatness problem in the PBB cosmology is added