Was ist die Quelle der Vakuumenergie während der Inflationsära?

Es wird angenommen, dass während der inflationären Epoche das Universum von der Vakuumenergie beherrscht wird . Was ist die Quelle dieser Vakuumenergie und wie hängt sie mit der Energie des Inflationsfeldes zusammen?

Warum braucht es eine "Quelle"?
Etwas muss zur Vakuumenergie beitragen. Rechts? Kann das Inflationsfeld selbst sein.
Energie wird in der Kosmologie nicht konserviert. Ich meine, es kann durchaus sein, dass etwas dazu "beitragt", aber ich sehe keinen Grund, warum etwas dazu beitragen muss .
Nicht in Ordnung. Vakuumenergie (dunkle Energie, kosmologische Konstante) dominierte Epoche ist gerade jetzt. Während der Inflation dominierten Inflationsfelder mit entsprechendem Potenzial das Universum.
Die alte Inflation ging davon aus, dass sich das Universum während der Inflation in einem falschen Vakuum befand. Aber jetzt sind die bevorzugten Inflationspotenziale während dieser Zeit Plateau-ähnlich (mit geringer Steigung).

Antworten (2)

Die allgemeine Idee ist, dass es während der inflationären Epoche ein skalares Feld gab, das den Raum durchdrang und eine sehr große potenzielle Energiedichte hatte. Feldkonfigurationen (wie das elektromagnetische Feld) können sowohl mit kinetischer als auch mit potentieller Energie verbunden sein.

Wenn ein solches Feld beispielsweise eine sehr hohe potentielle Energiedichte hätte, weil das Feld überall im Raum einen Wert ungleich Null (Vakuumerwartung) hätte, wäre viel potentielle Energie damit verbunden, die meiste Energie der Feld würde von seiner potentiellen Energie und nicht von seiner kinetischen Energiedichte getragen. Da die Energiedichte eines Feldes proportional ist

T v μ = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ ) ∂ v ϕ − L δ v μ
Wo L ∼ P − v die Lagrange-Dichte des Felds ist (die proportional zu seiner potentiellen Energiedichte minus seiner kinetischen Energiedichte ist), sehen wir, dass, wenn die potentielle Energiedichte des Felds viel größer als die kinetische Energiedichte des Felds ist, der resultierende Energie-Impuls-Tensor verhält sich wie eine negative Energiedichte.

In den meisten Modellen stimmen die Menschen die Dynamik des Inflationsfeldes so ab, dass dieses Feld langsam seine potenzielle Energie verliert und der Expansionsprozess zum Stillstand kommt, wenn sich das Universum schnell ausdehnt. Es gibt keine genaue Beziehung zwischen der Menge an potenzieller Energie, die zu Beginn des Expansionsprozesses im Inflationsfeld gespeichert ist, und einer Art von Energie, die danach in der Raumzeit gespeichert wird. Das liegt zum Teil daran, dass wir in einem expandierenden Universum den Begriff „global konservierte Energie“ nicht mehr definieren können, aber das ist ein anderes Thema.

Wie das Inflationsfeld in diese spezielle Konfiguration gelangt ist und wie diese potenzielle Energie überhaupt im Inflationsfeld „gespeichert“ wurde, wird normalerweise nicht angesprochen. Wir wissen nicht, was vor der Inflationsepoche passiert ist oder wie sich das Universum bei noch höheren Energien verhält, das Hauptaugenmerk liegt darauf, zu versuchen, ein Modell abzuleiten (innerhalb des modernen Rahmens der (Quanten-) Feldtheorie), das mehrere Fragen der Kosmologie beantwortet ( wie die Horizont- und Flachheitsprobleme) und geben gleichzeitig eine genaue Vorhersage zB der Verteilung von Hot- und Cold-Spots auf dem CMB-Hintergrund. Inflation ist ein allgemeiner Rahmen, der anhand der Feldtheorie beschreibt, wie dies hätte passieren können, aber natürlich können wir immer fragen, „was davor passiert ist“ oder „woher dieses Feld kommt“. Vielleicht in der Zukunft, sich herausstellen wird, dass das „Inflationsfeld“ nur eine effektive Beschreibung eines noch größeren übergreifenden theoretischen Rahmens ist? Bis dahin wissen wir es nicht und die Leute versuchen, das einfachste Modell zu finden, das am besten zu den verfügbaren Daten passt.

Ich habe Ihre Frage in drei Teilen beantwortet:

Es wird angenommen, dass während der inflationären Epoche das Universum von der Vakuumenergie dominiert wird.

Während der inflationären Epoche wurde die Expansion des Universums vom Inflationsfeld dominiert, das sich von der Vakuumenergie unterscheidet, die derzeit die Expansion dominiert.

Wie hängt das mit der Energie des Inflationsfeldes zusammen?

Sowohl die Vakuumenergie als auch die vom Inflationsfeld dominierten Universen führen zu einer beschleunigten Expansion, weisen jedoch wichtige Unterschiede auf (siehe Quintessenz ). Für eine allzu vereinfachte rudimentäre Intuition über den Energieerhaltungsaspekt kann man sagen, dass das Feld seine Energie verliert, die dann vom Universum zur Expansion verwendet wird, aber man muss bedenken, dass dies eine allzu starke Vereinfachung ist.

Was ist die Quelle dieser Vakuumenergie?

Laut Wikipedia:

Vakuumenergie ist eine zugrunde liegende Hintergrundenergie, die im gesamten Universum im Weltraum existiert.

Der Grund, warum das Vakuum entgegen den Erwartungen eine Energie ungleich Null hat, kann im Wesentlichen auf das Heisenbergsche Unschärfeprinzip zurückgeführt werden, das es uns verbietet, den genauen Zustand eines Feldes zu kennen.

Für eine rudimentäre Intuition über den Energieerhaltungsaspekt kann man sagen, dass das Feld seine Energie verliert, die dann vom Universum zur Expansion verwendet wird, aber man muss bedenken, dass dies eine ziemliche Vereinfachung der komplexen zugrunde liegenden Theorie ist, was immer noch nicht der Fall ist doch voll verstanden .

Die Ursprünge des Inflationsfeldes und warum die Dinge so waren, wie JgL in seiner ausgezeichneten ausführlichen Antwort darauf hinwies, das ist immer noch eine offene Frage.

Im Falle der Inflation ist die (negative) Energiedichte, die die inflationäre Epoche antreibt, im Allgemeinen auf die potentielle Energiedichte des „Inflationsfeldes“ zurückzuführen, dies ist eine Aussage über die klassische Feldtheorie und es besteht keine Notwendigkeit, diese Felder zu quantifizieren . Sie erwähnen in Ihrer Antwort mehrmals, dass ein quantenmechanisches Vakuum eine Vakuumenergie ungleich Null hat, aber diese Vakuumschwankungen haben nichts damit zu tun, warum sich das Universum in Inflationstheorien ausdehnt. Inflation beschreibt eine klassische Raumzeit, die sich aufgrund der Energiedichte eines klassischen Feldes in dieser Raumzeit ausdehnt.
Ja, ich habe im ersten Teil selbst deutlich gemacht, dass die Vakuumenergie nicht die Ursache für die Inflation ist. Die weiteren Kommentare zur Vakuumenergie sollten die Verwirrung des OP über "Was ist die Quelle der Vakuumenergie" ansprechen?
OP fragt nach der Quelle der „Vakuumenergie“, die das Universum während der inflationären Epoche beherrscht. Dies ist auf den Vakuum-Erwartungswert des Feldes und die damit verbundene potentielle Energie zurückzuführen, nicht auf die „Vakuumfluktuationen“, die durch die kinetischen Terme in der Lagrange-Funktion (nach Quantisierung der Theorie) verursacht werden. Es ist eine verwirrende Terminologie, dass beide als "Vakuumenergie" bezeichnet werden, aber der erstere ist ein klassischer Effekt (das ist die relevante "Vakuumenergie" hier), der zweite ist ein Quanteneffekt, der in Inflationsmodellen klein ist im Vergleich zu der (klassischen) potentielle Energie und kann vernachlässigt werden.
Nach meiner Diskussion mit Ihnen wird meine eigene Frage plötzlich von jemandem heruntergestimmt, ohne eine Erklärung abzugeben. Ich nehme an, das ist nur Zufall?
@JgL das gehört wahrscheinlich in eine persönliche Nachricht, aber da ich nicht weiß, wie das geht, antworte ich hier. Zunächst einmal war mir nicht bewusst, dass Ihnen meine Antwort von vornherein feindselig vorkam, weil Sie dachten, ich würde so etwas Sinnloses tun. Wenn Sie einen Beweis wollen, sagen Sie mir, welche Frage und ich kann sie vorübergehend positiv bewerten. Wenn Sie einen Anstieg von 5 Punkten sehen, wissen Sie, dass ich es nicht war.
Ich denke, Sie hatten beide einige ziemlich gute Erklärungen und stimmen Jagl zu, dass die beiden, Inflation und dunkle Energie, nicht die gleiche Physik sind. Zumindest haben wir einige plausible Modelle für die Inflation, aber bei der dunklen Energie bin ich mir nicht so sicher. Jedenfalls haben beide hoch gestimmt. Btw, ich war es auch nicht.
@alex, ich entschuldige mich, ich denke, Sie haben Recht, dass ich unangemessen bin. Ich war ein wenig genervt und getriggert, nachdem einige Leute meine Kommentare zu ihren Beiträgen ziemlich persönlich genommen und als feindselig empfunden hatten. Ich habe zu Unrecht angenommen, dass dies bei fast jeder Diskussion im Kommentarbereich der Fall sein würde, aber es ist schön zu sehen, dass es immer noch einige vernünftige Leute gibt. Ich entschuldige mich noch einmal, ich werde mein Bestes tun, um in Zukunft nicht wieder so schnell Annahmen zu treffen.
Was ist die Quelle der Vakuumenergie während der Inflationsära?
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