Relações de dispersão deformadas na cosmologia inflacionária

• Main Author: Ulisses Diego Almeida Santos Machado
• Other Authors: Reuven Opher
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2012
• Subjects: C*-álgebras; deformação da simetria de Lorentz; espaços não comutativos.; inflação; Relações de dispersão; C*-algebras; deformed relativistic symmetries; Dispersion relations; inflation; noncommutative spaces.
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14131/tde-26062013-172342/

Relação de dispersão é outro nome para a função Hamiltoniana, cujo conhecimento especica completamente a dinâmica de um sistema no formalismo da mecânica classica. Sua escolha está intimamente vinculada às simetrias do sistema e, no contexto cosmologico aqui apresentado, com as simetrias locais obedecidas pelas leis fsicas. Mais ainda, a contribuição da materia na dinâmica cosmologica reflete a escolha do grupo local de simetrias das leis fsicas. Por outro lado, o problema fundamental da cosmologia pode ser definido como a construção de um modelo de evolução temporal de estados que, sob as hipoteses mais simples sobre estados iniciais (digamos, que demande a menor quantidade de informação possível para serem enunciadas), prediga o estado atual observado. O paradigma inacionario é atualmente a ideia que melhor cumpre esta denição, uma vez que prediz que uma grande variedade de condições iniciais leva a aspectos fundamentais do universo observado. Contudo, os mecanismos usuais de realização da inflação sofrem de problemas conceituais. O ponto de vista deste trabalho e que a realização convencional da inflação, isto é, atraves dos campos escalares minimamente acoplados, é a formulação localmente relativisticamente invariante da inflação. A maneira de incluir quebras e deformações da estrutura de simetrias locais na cosmologia é não única e está associado ao chamado problema trans Planckiano da inflação. Analogamente, a motivação conceitual para incluir esse tipo de modicação tampouco é unica. Dependendo do esquema de realização, a versão localmente não relativstica da mesma pode apresentar graves diculdades de conciliação com observações atuais, ou apresentar vantagens conceituais em relacão ao modelo padrão de inflacão, enquanto em conformidade com observações cosmológicas. Da maneira como foi posto o problema fundamental da cosmologia, a escolha das simetrias locais influi na regra de evolução dos estados. O conceito de simetrias encontra sua formulação independente de teorias físicas no formalismo da teoria de grupos, mas consideraremos uma extensão da ideia, de aplicabilidade mais geral, a teoria das algebras de Hopf que, de certo modo, trata das simetrias de estruturas algebricas. Esta extensão é útil inclusive no trato de simetrias dos espacos não comutativos, uma das principais propostas fsicas que em última analise afeta a estrutura de simetrias locais do espaco-tempo. A expressão simetrias locais, por si só, não diz muito sem a consideração de regras de realização. Essas regras dependem da estrutura matematica das observaveis da teoria. Sob hipoteses muito gerais, que não especicam uma teoria em particular, é possível mostrar, não como um teorema matematico formal, mas como uma hipotese tecnicamente bem motivada, que existem apenas dois tipos de teorias fsicas: as classicas e as quânticas. Trabalharemos sob essas hipoteses, as quais se formulam algebricamente assumindo a estrutura de C*-álgebra para as observaveis físicas, outra motivação para o uso das álgebras de Hopf para descrição das simetrias da natureza. === Dispersion relation is another name for the Hamiltonian function whose knowledge completely specifies the dynamics in the formalism of classical mechanics. Its choice is intimately related to the symmetries of the system, and, in the cosmological context here exposed, with the local space-time symmetries obeyed by physical laws. For the other side, the fundamental problem of cosmology can be defined as a construction of a time evolution model of states which, under simplest possible hypothesis concerning initial conditions (say, which demands the minimal amount of information to be specified), predicts the present observed state. The inflationary paradigm is currently the idea which better accomplishes this definition, since it predicts that a great variety of initial conditions lead to essential aspects of observed universe. The usual mechanisms of inflation suffer, however, with conceptual problems. The point of view of this work is that the usual realization of inflation based on weakly coupled scalar fields is the local relativistic invariant realization. The way of including breaks and deformations of the local space-time symmetries is not unique and it is associated to the so called Trans-Planckian problem of inflation. Analogously, the motivation to include this kind of modification is neither unique. Depending of the scheme of realization, the locally non-relativistic version may lead to serious difficulties in conciliation with observations, or to conceptual advantages over standard formulations while in accordance with observational data. In the way that was proposed the fundamental problem of cosmology, the choice of local symmetries affects the rule of evolution of states. The concept of symmetry finds its formulation independently of physical theories in the group theory formalism, but we will consider an extension of the idea, with wider applicability, the theory of Hopf algebras, which is about symmetries of algebraic structures. That extension is also useful to deal with symmetries of non-commutative spaces, one of the main physical proposals that affects the structure of space-time symmetries. The expression, local symmetries, by itself, does not say too much without considering realization rules. Those rules depend on mathematical structure of observables in the theory. Under very general hypothesis that do not specify a particular theory, it is possible to show, not as a formal mathematical theorem, but as a technically well motivated hypothesis, that only two types of physical theories do exist: The classical ones and the quantum ones. We are going to work under those hypothesis, which can be algebraically formulated assuming a C*-algebra structure for physical observables, another motivation for the use of algebraic structures like Hopf algebras for the description of nature\'s symmetries