Приводят ли квантовые флуктуации в поле инфлатона к флуктуациям плотности потенциальной энергии?

Да: флуктуации инфлатона вызывают возмущения плотности энергии в постинфляционной Вселенной. Поскольку инфлатон является квантовым полем, функция$\phi({\bf x})$в конкретный момент времени будет меняться от места к месту. Динамически мы понимаем это следующим образом: в то время как классическое движение инфлатона течет строго от высокой потенциальной энергии к низкой, по мере того, как он «скатывает» функцию потенциальной энергии, его фактическая траектория имеет некоторую размытость,

Квантовые флуктуации заставляют поле совершать небольшие дискретные скачки вверх или вниз по потенциалу, что приводит к небольшим вариациям энергии поля в пространстве.

В любой конкретный момент времени пространство выглядит так:

который представляет собой случайное наложение отдельных областей раздувания; каждая инфляционная область вызвана флуктуацией поля инфлатона относительно средней плотности.

Как только где-то в пространстве происходит флуктуация, эта область подвергается инфляции в соответствии с классической плотностью энергии; через некоторое время эта инфляционная область может вызвать новые колебания. В любой момент времени эти более поздние флуктуационные события проявляются как меньшие расширяющиеся области внутри более крупных, ранее зародившихся областей.

Конечным результатом всего этого является то, что в разных частях Вселенной инфляция закончится в разное время. Причину этого легко понять: по мере того, как классическое движение поля приближается к точке вдоль потенциала, в которой перестает выполняться условие инфляции, квантовые флуктуации могут толкать поле дальше вниз по потенциалу в одном месте, заканчивая инфляцию там, а где-то в другом. флуктуация может вернуть поле обратно к потенциалу, зародив новые инфляционные регионы. В конце концов инфляция заканчивается, хотя и в разное время, в области пространства размером примерно с сегодняшнюю сферу Хаббла. Те места, где инфляция закончилась раньше, быстрее нагреваются, подвергаясь неинфляционной экспансии дольше: результатом является ухабистый энергетический ландшафт в космосе в конце инфляции.

Амплитуда колебания определяется продолжительностью времени, в течение которого оно подвергается неинфляционному расширению по сравнению с другими областями пятна Хаббла.$\delta t$. Рассмотрим область Вселенной, в которой прекратилось раздувание времени.$\delta t$раньше, чем в другом регионе. Согласно уравнению неразрывности, разница в плотности пропорциональна этому сдвигу во времени,

$$\begin{equation} \label{dt} \frac{\delta \rho}{\bar{\rho}} = \delta = cH\delta t, \end{equation}$$ где постоянная $c$определяется доминирующей формой энергии после инфляции.

(Кредит для изображения 2 выше: изображение представляет собой неподвижный кадр из анимированного gif-файла, найденного на http://www.astro.ucla.edu/~wright/CMB-MN-03/epas.html )

Квантовые флуктуации в микроскопической инфляционной области, увеличенные до космических размеров, становятся семенами для роста структуры во Вселенной (см. образование и эволюцию галактик и формирование структуры).

Поскольку флуктуации инфлатона моделируются как зародыши космического микроволнового фонового излучения и места распределения материи в современной Вселенной, конечным результатом являются флуктуации плотности энергии. Таким образом, я бы ответил да для плотности энергии. Теперь потенциал в этом сценарии четко не определен.