In dieser Arbeit untersuchen wir kosmologische Modelle des frühen Universums, insbesondere alternative Modelle zur Inflationstheorie. Im ersten Teil leiten wir mithilfe des kovarianten Formalismus die Bewegunsgleichungen für zwei Skalarfelder mit nicht-kanonischem Feldraum bis zur dritten Ordnung in der Störtheorie her. Diese Gleichungen können dazu verwendet werden, Vorhersagen für die Bi- und Trispektren von Multi-Feldmodellen zu treffen, z.B. nicht-minimale ekpyrotische Modelle. In diesen Modellen werden zuerst aufgrund der nicht-minimalen kinetischen Kopplung zwischen den beiden Skalarfeldern nahezu skaleninvariante Entropiefluktuationen erzeugt, die dann anschließend in adiabatische Fluktuationen umgewandelt werden. Das Bi- sowie das Trispektrum der Entropiefluktuationen ist genau null während der ekpyrotischen Phase. Damit die Amplitude der adiabatischen Fluktuationen und das Bispektrum kompatibel mit derzeitigen Messungen sind, muss der Umwandlungsprozess effizient sein, was zu einem signifikanten, negativen Trispektrum-Parameter führt. Als zweite Alternative zur Inflation konstruieren wir ein neues kosmologisches Modell, das im Rahmen der Skalar-Tensor-Gravitationstheorien Elemente der Inflation mit Elementen des ekpyrotischen Modells verbindet. Während einer Phase der Konflation expandiert das Universum beschleunigt, jedoch mit negativer potentieller Energie. Skalare und tensorielle Fluktuationen werden nicht verstärkt – die ewige Inflation und die damit einhergehenden Unendlichkeiten werden vermieden. Wir zeigen außerdem, wie Dichtefluktuationen in Übereinstimmung mit aktuellen Beobachtungen erzeugt werden können, indem wir mithilfe eines zweiten Skalarfeldes den entropischen Mechanismus einsetzen. Beide Modelle unterscheiden sich von “slow-roll” Inflationstheorien basierend auf einem Skalarfeld darin, dass keine primordialen Gravitationswellen produziert werden und sie folglich mit den aktuellen Daten des PLANCK-Satelliten übereinstimmen. / In this thesis we explore cosmological models of the early universe, in particular alternatives to the theory of inflation. In the first part of this thesis, we derive the evolution equations for two scalar fields with non-canonical field space metric up to third order in perturbation theory, employing the covariant formalism. These equations can be used to derive predictions for local bi- and trispectra of multi-field cosmological models, e.g. in non-minimal ekpyrotic models. In these models, nearly scale-invariant entropy perturbations are generated first due to a non-minimal kinetic coupling between two scalar fields, and subsequently converted into curvature perturbations. Remarkably, the entropy perturbations have vanishing bi- and trispectra during the ekpyrotic phase. However, in order to obtain a large enough amplitude and small enough bispectrum of the curvature perturbations, as seen in current measurements, the conversion process must be very efficient, leading to a significant, negative trispectrum parameter. As a second alternative to inflation, we construct a new kind of cosmological model that conflates inflation and ekpyrosis in the framework of scalar-tensor theories of gravity. During a phase of conflation, the universe undergoes accelerated expansion, but with negative potential energy. A distinguishing feature of the model is that it does not amplify adiabatic scalar and tensor fluctuations, and in particular does not lead to eternal inflation and the associated infinities. We also show how density fluctuations in accordance with current observations may be generated by adding a second scalar field to the model and making use of the entropic mechanism. The distinguishing observational feature of both models compared to single-field slow-roll inflation is an absence of primordial gravitational waves, in agreement with current data from the PLANCK satellite.

In dieser Arbeit studieren wir das ekpyrotische Szenario, welches ein kosmologisches Modell des frühen Universums ist. Dieses Modell erklärt mit Hilfe einer kontrahierenden ekpyrotischen Phase die "Anfangsbedingungen" des Universums. Das bedeutet, dass der konventionelle "Urknall" durch einem Rückprall ersetzt wird. In dieser Arbeit versuchen wir Unstimmigkeiten zwischen den Vorhersagen der ekpyrotischen Modelle und den Messungen der Kosmologischen Hintergrundstrahlung des Planck Satelliten zu lösen. Den Planck Messungen zufolge sind die ursprünglichen adiabatischen Fluktuationen fast skaleninvariant und gaußverteilt. Während der ekpyrotischen Phase werden typischer Weise Flutuationen mit nicht-Gaußschen Korrekturen erzeugt. Wir schlagen zwei Ansätze vor, um diese Unstimmigkeit zu beheben. In dem nicht-minimalen entropischen Mechanismus werden fast skaleninvariante entropische Fluktuationen mit Hilfe einer nicht-minimalen kinetischen Kopplung zwischen zwei Skalarfeldern erzeugt. Wir werden zeigen, dass die nicht-Gaußschen Korrekturen während der ekpyrotischen Phase genau Null sind. Dies führt zu insgesamt kleinen nicht-Gaußschen Korrekturen nach der Umwandlung von entropischen zu adiabatischen Fluktuationen. Im Folgendem werden wir eine kinetische Umwandlung untersuchen, die nach einem nicht-singulären Rückprall stattfindet. Das Wachstum der entropischen Fluktuationen während des Rückpralls hat zur Folge, dass die möglichen nicht-Gaußschen Korrekturen, die zur Zeit der ekpyrotischen Phase erzeugt wurden, während des Rückpralls unterdrückt werden. Im letzten Teil der Arbeit gehen wir ein gravierendes Problem des inflationären Paradigmas an, welches "slow-roll eternal inflation" genannt wird. Wir schlagen ein Modell vor, das Ideen von Inflation und Ekpyrosis verbindet. Während der Konflation expandiert das Universum beschleunigt. Die adiabatischen Fluktuationen verhalten sich jedoch wie bei ekpyrotischen Modellen und wird "slow-roll eternal inflation" verhindert. / In this thesis, we study the ekpyrotic scenario, which is a cosmological model of the early universe. In this model the ``initial conditions'' of the universe are determined by a contracting ekpyrotic phase, which means that the conventional ``Big Bang'' is replaced by a bounce. The following thesis addresses the tension between ekpyrotic predictions and the observations of the Cosmic Microwave Background radiation by the Planck team. According to the Planck data, the primordial curvature fluctuations are nearly scale-invariant and Gaussian. However, during ekpyrosis, the fluctuations have typically sizable non-Gaussian signatures. In this thesis, we propose two approaches in order to resolve the tension with observations. In the non-minimal entropic mechanism, nearly scale-invariant entropy perturbations are created due to a non-minimal kinetic coupling between two scalar fields. We will show that the non-Gaussian corrections during ekpyrosis are precisely zero leading to overall small non-Gaussian signatures after the conversion process from entropy perturbations to curvature perturbations. In the following, we will consider a kinetic conversion phase, which takes place after a non-singular bounce. Due to the growth of entropy perturbations during the bounce phase, the possibly large non-Gaussian corrections created during the ekpyrotic phase become suppressed during the bounce. The last part of this thesis addresses a major problem of the inflationary paradigm: Due to large adiabatic fluctuations, slow-roll eternal inflation creates infinitely many physically distinct pocket universes. We propose a model in the framework of scalar-tensor theories, which conflated ideas of both inflation and ekpyrosis. During conflation, the universe undergoes accelerated expansion, but there are no large adiabatic fluctuations like during ekpyrosis resulting in the absence of slow-roll eternal inflation.