一类全息型暗能量模型的研究

发布时间：2017-12-10 15:31

  本文关键词：一类全息型暗能量模型的研究

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【摘要】：探索宇宙加速膨胀背后的物理本质已成为现代宇宙学研究的重要方向。基于全息原理思想或K′arolyha′zy关系和量子力学海森堡不确定性关系，一种猜想暗能量能量密度平方反比于宇宙的某种特征尺度的暗能量模型——全息型暗能量模型被构建出来用以解释宇宙的加速膨胀。本文中，，我们讨论了一类以1∫t′an(t)0dtam(t′)为宇宙特征尺度且n, m为整数的全息型暗能量模型。 首先，基于全息原理思想，我们讨论了用包括暴涨生成部分的全部共动视界η= ∫tdt′ 0a(t′)作为描述宇宙的有效理论的红外截断、建立了η全息型暗能量模型。模型认为宇宙现在的加速膨胀是由称为η全息型暗能量的真空能主导的，能量密度平方反比于宇宙的共动视界。暴涨极大地放大了共动视界使得η全息型暗能量在宇宙演化过程中可以很好地近似成一个宇宙学常数，并且能量密度自然地在观测所需的量级。另外，暴涨同时决定了辐射能量和η全息型暗能量在宇宙结束暴涨开始辐射主导时期的初始能量密度，自然地解释了目前暗能量和物质的密度在一个量级的巧合。在目前的观测精度下完全可把η全息型暗能量当成宇宙学常数，而且全息原理思想和暴涨机制的结合自然地解决了精细调节问题和恰巧性问题。 其次，我们从宇宙在t时的四维体积提取出宇宙的类共形年龄1∫t′a4(t)0dta3(t′)。基于Ka′rolyh′azy关系和量子力学海森堡不确定性关系，我们以这个类共形年龄为特征年龄构建了一个全息型暗能量模型。模型和包括暴涨的早期宇宙演化相容且具有良好的解析性质，即在由物态方程为常数wm的物质主导的宇宙早期暗能量分数密度有近似的解析解de9(3+wm)2d2a2/4，使得模型是单参数暗能量模型。拟合分析表明模型和观测数据符合得不错，模型参数d～O(0.1)，意味着在宇宙早期暗能量占有比例很小。相比宇宙学常数模型，模型预言的物质当前分数密度要稍微大些而暗能量的物态方程的当前取值则明显低于1。模型的宇宙演化曲线表明，暗能量在宇宙早期占有比例很小，但会逐渐主导宇宙并使得宇宙在最近开始加速膨胀而暗能量的物态方程则相应地从冷物质主导时期的约为2/3穿越到1以下。 最后，我们在唯象上推广讨论了以L=1∫t′an(t)0dtam(t′)为特征长度的一类全息型暗能量模型，其中n和m为整数。我们发现在n取整数值条件下要使得模型能够描述宇宙加速膨胀必须有n≥0。n≥0且m 0的模型，在宇宙早期，暗能量的物态方程近似为wde12n/3，而分数密度de∝a3(1+wm)+2n且比例系数是个非常小的量，因此模型一般有两个参数。但对于n=0且m 0的模型，只要d足够大就可使模型趋近于宇宙学常数模型，模型只剩下一个有效参数。然而，只有(n=0, m=1)对应的η全息型暗能量模型的参数d取值可在比较小的量级。n=m≥0的模型中暗能量无法主导宇宙而且模型预言的暗能量在早期宇宙的占有比例过大；m n≥0的模型则不自洽。 n m≥0的模型，在宇宙早期，暗能量的物态方程近似为wde2(n m)/3+wm，而分数密度则有近似的解析解2de d(2m+3w2m+3)a2(n m)/4，使得这类模型是单参数暗能量模型。进一步用观测数据筛选这些单参数全息型暗能量模型发现观测数据比较支持特征长度为L=a n(t)∫t0dt′an1(t′)且n比较小的模型。特别地，(n=1, m=0)、(n=2, m=1)、(n=3, m=2)、(n=4, m=3)四个单参数模型和观测数据符合得不错，对应的最小χ2函数只比宇宙学常数模型的大不到4.0。满足n=m+10的模型，在宇宙早期有L∝1Ha，模型参数d～O(1/n)且暗能量的物态方程会从暴涨时期的wde1穿越到辐射或冷物质主导时期的wde1，随着宇宙的膨胀最终穿回wde1。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P159

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1 李竞;大爆炸(Big Bang)和暗能量(dark energy)[J];科技术语研究;2003年04期

2 许i

本文编号：1275014