旋量场中Quintom暗能量模型的研究

发布时间：2020-09-04 22:51

　　描述宇宙加速膨胀的暴涨宇宙学和暗能量是当今宇宙学研究的两大热点,天文观测数据的拟合为我们今天用暗能量来解释宇宙晚期的加速膨胀提供了有力的支持,新的五年威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)数据的公布也给予了暴涨宇宙学模型的建立和暗能量的存在以支持。这种驱动宇宙加速膨胀的负压物质分布均匀、大尺度不结团又不与引力相互作用,在今天占据主导地位——约占今天宇宙总成分的三分之二或更多,并且将影响未来宇宙的演化,因此暗能量的本质是什么,它将如何影响宇宙的演化引起了众多研究者的思考。本文就是基于这个启发而引出的。其中已有的暗能量的理论模型有多种,如宇宙学常数、全息暗能量、Agegraphic模型、动力学的Quintessence、Phantom、K-essence、Quintom模型等。宇宙学观测表明宇宙学常数与观测的结合很好,但在理论上却存在诸多困难,同时也有观测数据展示了暗能量处于不断演化中,所以动力学暗能量模型纳入了研究者的考虑范围。今天的观测支持暗能量状态方程在近期有越过-1的趋势,顺应观测的需要,人们提出了状态方程越过宇宙学常数边界的动力学暗能量模型--Quintom模型。目前已提出的Quintom暗能量模型有以下几种:实标量场Quintom模型,复标量场Quintom-Hessence模型,矢量场相互作用模型,旋量场Quintom以及修改引力模型等。本文着重论述如何在旋量场中实现动力学的Quintom暗能量的演化。首先,我将简要介绍宇宙学中Quintom暗能量模型在观测中得到的支持以及理论上研究的有关背景。其次,我通过改变具体的势能形式,在旋量场中的不同势场中分别实现了一系列新的Quintom暗能量模型以解释宇宙状态方程在最近演化中通过不同的演化趋势越过-1的图像,从而对观测数据做出了解释。受弦理论中的对偶的启发,我进一步讨论了以上实现的各种Quintom模型的对偶性质,基于这个研究我发现各个Quintom模型之间存在一定的联系,它们互相制约。同时我利用statefinder参数诊断的方法对不同的模型进行了区分和鉴别。另外我发现取合适的势能形式可得到推广的Chaplygin gas暗能量模型,且这一理想流体可以统一描述一个从物质为主时期到晚期加速膨胀且最后演化为De Sitter时空的宇宙,顺利的解决了宇宙如何从物质为主时期到暗能量为主时期的演化。如果在模型中加入暗物质成分,则暗物质和暗能量的能量密度分数在宇宙早期的比值是一个确定的量,随后逐渐演化到相等,随着尺度因子的膨胀暗能量逐渐超过物质占据主要地位并演化到现在的状态即它们在宇宙中所占比份分别为24%和72%,从而推动宇宙加速膨胀,到宇宙演化后期宇宙则进入完全由暗能量支配的阶段,从而解决了“巧合性问题”,并进一步缓解了“精细调节问题”。最后,我讨论了其热动力学性质,探索了在此模型不同的演化中广义的热动力学第二定律有效时对参数的限制,并研究了在用旋量场Quintom模型描述的推广的Chaplygin gas理想流体封闭的热动力学系统中当温度小于某一特定值时,该系统才是稳定的。
【学位单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：P159
【部分图文】：

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