暴涨理论引论.PDF

暴漲理論 引論 報告者：溫中承 大綱 幾個難題─有待決定的宇宙初始條件 解決辦法─暴漲如何回應這些問題 暴漲的模型與演進─這是怎麼發生的 暴漲理論與人擇原理─混沌(chaotic)暴漲 難題 均勻的早期宇宙(Horizon problem) ！？ 平坦的宇宙(Flatness problem) ！？ 重粒子在哪裡( Relic problem) ！？ 暴漲理論 宇宙早期曾歷經一段迅速膨脹 −35 30 估計：約在10 秒膨脹原來的 倍。(非暴漲理論僅有10 10 倍) 解決之道 均勻的早期宇宙 (Horizon porblem ) 平坦的宇宙 (Flatness problem) 重粒子在哪裡 ( Relic problem) Viaycheslav Mukhanov (2005) p.230 暴漲的模型與演進 為什麼宇宙會暴漲？ 觀點一：重力曾經是斥力，加速宇宙膨脹 − π 4 G 觀點二：由Friedmann Eq a − (ε+3p )a;p0(sometimes) 3 觀點一觀點二的關係？ 造成上述兩者的原因為何？ 暴漲的模型與演進─宇宙常數與負壓力 愛因斯坦方程與宇宙常數 1 為了得到一靜態宇宙的解 Rµυ − g µυR −g µυΛ −8πGTµυ 2 1 Λ ⇒R − g R − −8 G(T − g ) π µυ 2 µυ µυ 8 G µυ 存在某些部正常的東西影響宇 π 宙演化 Ex: 考慮沒有物質存在的宇宙演化(de Sitter space) →宇宙呈指數膨脹 a ∝exp(Ht ) Λ Ex: 考慮 0 ，真空中的能動張量的對角元(壓力項)0 →負壓力 Λ 哪裡來？ 暴漲的模型與演進─真空能量密度 測不準原理允許真空在短時間內產生正反粒子對(pair production) 量子場論觀點的真空與粒子 觀測證據： 量子場的能量： E ε×V 非零的真空能量密 度相當於大於零 的宇宙常數！ →暗能量 John F. Hawley (1998) p.425 暴漲的模型與演進─Guth暴漲理論 現有非零真空能量密度的最大值：10 atoms/m3 引發暴漲所需的真空能量密度：至少是此值的10120倍。 第一位候選者：Higgs 粒子(場) Guth 的暴漲理論： 暴漲發生於false vacuum(非穩態平衡) ，停止與true vacuum(穩態平衡) 問題：暴漲的good ending ？ Guth(1997) p.168 暴漲的模型與演進─新暴漲理論 Guth‘s 的暴漲理論導致一些與粒子理論和觀測不符的結果。Ex: 宇宙 的均勻性質。 新暴漲理論(A. Linde, P. Steinhardt) 暴漲並非發生於Higgs 場的 False vacuum狀態。Linde假設宇宙初期存在一種不為零的量子場(對 應粒子稱作inflaton) ， 暴漲發生於此量子場的相變過程。 且為了容許宇宙有足夠的時間暴漲 同時保持均勻，量子場的梯度必須 很小。