宇宙學反作用對宇宙演化的影響及其它相關問題的研究

《宇宙學反作用對宇宙演化的影響及其它相關問題的研究》是依託煙臺大學，由李輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：宇宙學反作用對宇宙演化的影響及其它相關問題的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李輝
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

反作用是引力理論和宇宙學中的熱點問題之一，彎曲時空中物質場的擾動以及度規的標量、張量擾動模式都會對背景宇宙學的演化產生影響。本項目擬研究宇宙學反作用模型的形成機制，以及模仿Lambda-CDM演化的宇宙學反作用模型的動力學。通過修改半經典引力場方程和空間平坦的FRW工作假設，使物質場的反作用機制和度規的標量、張量擾動模式的反作用機製得到更為一般的考察，包括其物態方程參數與空間曲率的定量關係、相空間分析模型演化的吸引子行為以及數值擬合對模型進行檢驗和限制。該研究有助於更深入地理解宇宙學反作用的形成機制和對早期暴漲宇宙及當今暗能量宇宙的影響、更確切地討論宇宙學反作用的觀測限制和模型鑑別，並有助於從唯象方面豐富對宇宙學反作用的動力學行為和模型演化的認識。

結題摘要

現代宇宙學近年來的重大成就是觀測上發現了暗能量和暗物質的存在證據。 暗能量主導相不僅對於當今宇宙的加速膨脹具有重要意義，而且為探索極早期宇宙的演化提供了統一理論框架。因此，研究暗能量背後的物理根源是引力理論與宇宙學方向的主要課題之一。根據現代引力論的基本原則，物質與幾何時空必須在一定程度上實現耦合。如何在複雜的相互作用中演生出可觀測宇宙的結構和秩序既是解決宇宙學基本問題的需要，也是量子力學和引力理論融合的必然產物。 全息原理和視界熱力學從有效理論的角度對宇宙形成和演化給出了到目前為止最有說服力的思路。我們認為宇宙學反作用可以在這一進路下進行思考。考慮高維空間的效應，全息原理給出的估計可以用來描述膜上的物質與高維空間引力的相互作用；時空的張量擾動可以通過引入重引力子的方法在引力理論和健全的場論之間實現。宇宙學反作用的研究或者通過顯式引入反作用項、或者在引力場方程的基礎上進行微擾計算，或者通過場和時空動力學的自洽性考慮隱含給出。 鑒於視界熱力學在引力理論中的堅實基礎和普適性， 我們採用第三種方案探討相關的兩個模型——一是基於彎曲時空量子場論的dRGT重引力模型，另一個則是基於高維引力的膜世界模型。研究結果表明，高維引力模型中可能存在隨著維度變化的熵修正項的變號，而重引力理論的熵修正公式具有某種與Lovelock引力理論中的熵修正公式的對偶性。 dRGT重引力模型不能保證熱力學第二定律一定成立， 據我們所知這是首次從熱力學角度論證dRGT模型的內在不穩定性。另外，暗物質的存在性使得物質和時空之間的相互作用在觀測上更加微妙，因為它同時引入了天體物理學的觀測限制和宇宙第二巧合性問題。因此，我們考慮了包含暗物質與暗能量相互轉化的新的作用方式。我們討論了該半全息模型的動力學演化，給出了模型的關鍵參數並結合觀測結果對模型參數進行了限制，在此基礎上同時研究了相互作用模型演化的吸引子行為。 研究結果確認了暗物質和暗能量現象可以同時出現在巨正則系綜的某一個參數區域中。一個非平凡的暗物質暗能量晚時標度解伴隨著一個短暫的幽靈相出現， 這避免了大撕裂並有助於解決宇宙巧合問題。對於合理的參數取值範圍，相應的減速參數與觀測值符合。原始的半全息模型因而被擴展並且結果暗示宇宙和諧模型可以從半全息的觀點重構。