圈量子宇宙学:非均匀微扰

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无论是从理论角度还是从观测角度来看,宇宙学微扰理论都是非常重要的。一般认为,宇宙学微扰是由暴涨前的量子扰动起源的。量子扰动经过暴涨被推到Hubble视界之外并形成原初密度微扰。密度微扰经过宇宙演化形成目前所观测到的宇宙大尺度结构。因此,研究宇宙早期量子引力效应对微扰的影响是很有意义的。然而完整的量子引力理论还没有完全建立起来。目前比较有希望的理论是圈量子引力理论。圈量子引力理论约化到宇宙学模型中就形成了圈量子宇宙学理论。  本文就是在有效的圈量子宇宙学理论的基础上对非均匀的宇宙学微扰进行研究。我们考虑了两种源自于量子几何的有效量子修正——逆尺度修正与和乐修正。将这两种修正应用于宇宙学模型的哈密顿量当中,就能得出宇宙学微扰的动力学演化方程。  通过研究发现,当我们考虑了量子几何的有效修正后,非均匀宇宙学微扰表现出与经典宇宙学微扰不同的行为。在经典宇宙学的反弹模型中,非均匀微扰在反弹点附近会表现为发散的行为。在本论文中,我们将对宇宙学微扰在圈量子宇宙学反弹模型中的行为进行分析。我们发现,同经典模型中非均匀微扰的发散行为不同,在圈量子宇宙学的反弹模型中,它表现为良好的收敛行为。  而当我们将讨论推广到非绝热宇宙学微扰的研究中时,我们发现,在大尺度上,非绝热的熵微扰并不会像经典宇宙学中那样独立的演化,而是存在一个绝热的曲率微扰的源。而这种由绝热的曲率微扰向非绝热的熵微扰的演化是量子层次的效应。  在有效的圈量子宇宙学中还有一种高阶和乐修正。当我们将这种修正带入到动力学中的时候,能得到非零的引力波质量。可以得出结论:引力波的质量是纯粹的量子几何效应。而且我们还利用反常自由和引力波非负的条件将量子化任意参数β的范围限制在[-1,0]。
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