《暗能量和宇宙學中的平均值問題及其相關研究》是依託東北大學，由李楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：暗能量和宇宙學中的平均值問題及其相關研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李楠
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
宇宙學近十餘年來的精確觀測表明宇宙能量組分中的大約70%是一種帶有負壓強的暗能量，它導致了宇宙現階段的加速膨脹。這構成了當今宇宙學中最重要的問題。本項目試圖通過宇宙學中的平均值方法，給探索這個問題帶來一些新的思路。由於時間演化和空間平均不對易，宇宙中物質分布的不均勻與各向異性會反作用於背景宇宙的演化，從而有可能作為暗能量的一部分，而引起宇宙的加速膨脹。本項目將結合擾動與非擾動兩方面的工作，對此問題做深入的研究，並將這種平均值效應與實驗觀測數據及數值模擬進行比較。進而嘗試將平均值方法推廣到大尺度的光錐面上，從而希望對宇宙演化有一個全局性的認識。此外本項目還將進一步研究時間演化和空間平均不對易的內在物理意義，並探討這種不對易與Kullback-Leibler信息熵及引力熵的潛在聯繫。我們將在各種宇宙學模型中，計算這種信息熵及其各階導數，以期為宇宙演化提供一種新的描述方式。
結題摘要
本項目完全按照計畫對暗能量以及宇宙學中的平均值問題等宇宙學前沿問題進行了研究，並取得了若干研究成果。具體地，我們研究了宇宙學中的平均值方法作為宇宙學中暗能量的候選者的可能性，並探討了宇宙學中的平均值問題的各種相關方面。我們完全按照既定研究計畫對本項目進行執行，在對上述問題的研究中取得若干成果，在國際高水平刊物上發表研究論文 3 篇，完成了本項目的計畫目標。取得的主要研究成果為：1，運用宇宙學擾動理論，對宇宙學中的平均值問題中的兩個主要物理量：平均空間曲率與運動學反作用項進行了詳細的計算，發展了一套運用低階擾動直接計算高階擾動項的方法，從而大大簡化了以往非常複雜的宇宙學擾動計算，在第三階擾動中，發現運動學反作用項確實可以起到等效暗能量的作用，其狀態方程為 -1，從而可以作為宇宙學常數而存在。2，研究了 Kullback-Leibler 相對信息熵在宇宙學中的套用，在各種不同的宇宙學模型中，利用擾動與非擾動的方法詳細研究了這種信息熵作為宇宙結構形成的度量方式的可能性。3，詳細研究了 Weyl 張量在宇宙演化及引力物理中的套用，首先詳細發展並定量研究了 Penrose 猜想在宇宙演化中的問題，探討了 Weyl 張量的縮並作為引力熵的候選者的可能性，研究了其在各種宇宙學模型中的增減模式， 並進一步指出 Weyl 張量的縮並與 Kullback-Leibler 相對信息熵之間的關係，從而為宇宙學中大尺度結構形成提供了兩種有效的研究手段。4，研究了 Planck 衛星的實驗數據對非對易時空中的暴脹模型的約束問題，計算表明非對易暴脹模型或者會導致過小的標量譜指數，或者會導致過大的張量標量比，從而指出 Planck 衛星的數據強烈不支持非對易暴脹模型。
