模拟宇宙：从宇宙气泡碰撞到基于数值相对论的宇宙学观测
摘要
具有多个真空态的暴胀子势中的永恒暴胀理论预言，我们的宇宙是众多在永恒膨胀的假真空中成核并增长的气泡宇宙之一。我们的气泡与另一个气泡的碰撞可能为检验这一情景提供重要的观测特征。我们开发并实现了一种算法，直接从单标量场的拉格朗日量精确计算由气泡碰撞产生的宇宙学观测量。我们首先通过求解爱因斯坦方程来模拟碰撞时空，过程从成核开始直至再加热结束。利用碰撞的双曲对称性，模拟采用基于自适应网格细化的 1+1 维全相对论代码进行。随后，我们计算开弗里德曼 - 罗伯逊 - 沃尔克 (Friedmann-Robertson-Walker) 宇宙中的共动曲率扰动，用于确定宇宙微波背景辐射的温度各向异性。对于一个基准拉格朗日量，各向异性很好地由碰撞特征中心角距离余弦的幂律描述。对于给定形式的拉格朗日量，由于气泡成核过程的随机因素，所得的观测预言本质上是统计性的。此外，由于我们对暴胀及再复合前物理知识的不完善，还会产生进一步的不确定性。我们通过计算覆盖四个现象学参数的概率分布来表征观测预言，这些参数捕捉了这些内在及模型不确定性。这是首次从产生永恒暴胀的标量场模型系综中得出的一套全相对论预言，其结果与先前的非相对论近似存在显著差异。因此，我们的结果为将这些理论与宇宙学数据进行严格对比奠定了基础。
引用
@article{arxiv.1312.1357,
title = {Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity},
author = {Carroll L. Wainwright and Matthew C. Johnson and Hiranya V. Peiris and Anthony Aguirre and Luis Lehner and Steven L. Liebling},
journal= {arXiv preprint arXiv:1312.1357},
year = {2014}
}
备注
52 pages, 23 figures. A four page summary of methods and results follows the introduction. Version 2 contains minor clarifications and edits to match the version accepted for publication by JCAP. Version 3 fixes a typo in Eq. 3.10 and a typo in the paragraph after Eq. 5.27. All other text, including results, remains the same