發(fā)布時(shí)間：2018-05-17 17:39

  本文選題：宇宙加速膨脹 + 暗能量��； 參考：《湖南師范大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：1998年,天文學(xué)家嘗試?yán)肐a型超新星的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)探測(cè)宇宙膨脹減慢的速率,卻意外地發(fā)現(xiàn)我們的宇宙正在做加速膨脹,相繼有大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這一結(jié)果。人們從兩個(gè)方面來(lái)解釋宇宙當(dāng)今的加速膨脹：修改愛(ài)因斯坦引力理論或者假設(shè)整個(gè)宇宙空間充斥著一種具有負(fù)壓的特殊物質(zhì)：暗能量。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明如果是暗能量主導(dǎo)著宇宙當(dāng)今的演化,那它大約占所有宇宙能量的70%。暗能量最簡(jiǎn)單的候選者是宇宙學(xué)常數(shù),它很好地與現(xiàn)有的觀測(cè)結(jié)果相吻合,但是存在兩個(gè)至今未能解決的理論問(wèn)題,即微調(diào)問(wèn)題和巧合問(wèn)題。此外,物理學(xué)家從暴脹宇宙學(xué)中得到啟示,引入了一些標(biāo)量場(chǎng)來(lái)作為暗能量的候選者,如Quintessence、Phantom和Quintom等。與引力非最小耦合的標(biāo)量場(chǎng)暗能量模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)非最小耦合模型)不同于普通的標(biāo)量場(chǎng)暗能量模型是因?yàn)樵谄淅狭恐写嬖跇?biāo)量場(chǎng)與引力場(chǎng)的相互耦合。該模型不僅可以解釋宇宙早期的暴脹,還可以很好地解釋宇宙當(dāng)今的加速膨脹。本文我們主要研究非最小耦合模型,對(duì)曲率標(biāo)量考慮了兩種不同的形式：度規(guī)形式和Palatini形式。我們首先介紹了非最小耦合模型的動(dòng)力學(xué)行為和有效狀態(tài)方程參數(shù)的演化,發(fā)現(xiàn)在Palatini形式下其有效狀態(tài)方程參數(shù)不僅可以穿越-1分界線(xiàn),而且在-1附近出現(xiàn)了振蕩行為,這是有別于度規(guī)形式的一個(gè)新特性。同時(shí),在Palatini形式中宇宙將最終進(jìn)入由暗能量主導(dǎo)的de-Sitter相。接著討論了非最小耦合模型的線(xiàn)性微擾理論。我們利用度規(guī)形式和Palatini形式的背景場(chǎng)方程和微擾方程,分析了引力勢(shì)、有效牛頓引力常數(shù)和物質(zhì)微擾的線(xiàn)性增長(zhǎng)過(guò)程,并將結(jié)果和最小耦合模型以及宇宙學(xué)常數(shù)(A Cold Dark Matter,簡(jiǎn)稱(chēng)ACDM)模型進(jìn)行了比較。我們發(fā)現(xiàn)度規(guī)形式和Palatini形式下非最小耦合模型的區(qū)別主要集中在低紅移區(qū)域,但目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)還不能夠有效地區(qū)分這兩種不同形式的非最小耦合模型。然后研究了度規(guī)形式和Palatini形式下非最小耦合模型的integra-ted Sachs-Wolfe(ISW)效應(yīng)和功率譜。發(fā)現(xiàn)其ISW效應(yīng)依賴(lài)于哈勃因子H(a)、物質(zhì)微擾的線(xiàn)性增長(zhǎng)函數(shù)D+(a)、無(wú)量綱物質(zhì)密度因子Ωm(a)和耦合函數(shù)F(a)。當(dāng)耦合常數(shù)為負(fù)時(shí),度規(guī)形式和Palatini形式之間以及它們與ACDM模型之間的區(qū)別可以忽略不計(jì),因此均可使用ACDM模型來(lái)代替進(jìn)行研究。而耦合常數(shù)為正時(shí),Palatini形式的非最小耦合模型與ACDM模型的偏離程度最大,并且度規(guī)形式和Palatini形式之間的區(qū)別也非常明顯。最后我們把非最小耦合模型的線(xiàn)性微擾理論推廣到非線(xiàn)性區(qū)域,研究了度規(guī)形式和Palatini形式下非最小耦合模型的球塌縮過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)所有的非最小耦合模型在高紅移區(qū)域的行為都趨于Einstein de Sitter(EdS)模型,并且當(dāng)耦合常數(shù)為負(fù)時(shí),非最小耦合模型與ACDM模型的差別幾乎可以忽略。
[Abstract]:In 1998, astronomers tried to use the observational data of the Ia supernova to detect the rate of cosmic expansion slowing down, but unexpectedly we found that our universe is accelerating expansion, and there is a large amount of observation data to verify this result. People explain the accelerating expansion of the universe in two ways: modifying the Einstein theory of gravity or It is assumed that the whole cosmic space is full of a special material with negative pressure: dark energy. Observation data show that if dark energy is leading the evolution of the universe today, the simplest candidate for the 70%. dark energy of all cosmic energy is the cosmological constant, which is well consistent with the existing observations, but there is two In addition, the physicists have gained inspiration from the expansion of cosmology and introduced some scalar fields as candidates for dark energy, such as Quintessence, Phantom and Quintom, and the dark energy model of the scalar field with non minimum coupling of gravitation (hereinafter referred to as the non minimum coupling model). Different from the ordinary scalar field, the dark energy model is due to the mutual coupling between the scalar field and the gravitational field in its Lagrangian. This model can not only explain the early expansion of the universe, but also explain the accelerated expansion of the universe. In this paper, we mainly study the non minimum coupling model and consider two different kinds of curvature scalars. Form: the formal form and the Palatini form. We first introduce the evolution of the dynamic behavior and the effective state equation parameters of the non minimum coupling model. It is found that the effective state equation parameters in the Palatini form can not only pass through the -1 boundary, but also oscillate near the -1, which is different from the formal form. Meanwhile, in the form of Palatini, the universe will eventually enter the de-Sitter phase dominated by dark energy. Then the linear perturbation theory of the non minimum coupling model is discussed. We use the background equation and perturbation equation of the metric form and Palatini form to analyze the gravitational potential, the effective Newton gravitational constant and the linear growth of the matter perturbation. The results are compared with the minimum coupling model and the A Cold Dark Matter (ACDM) model. We find that the difference between the metric form and the non minimum coupling model under the Palatini form is mainly concentrated in the low red shift region, but the current observation data can not be effectively divided into the two different forms of the non minimum. The small coupling model. Then we study the integra-ted Sachs-Wolfe (ISW) effect and power spectrum of the non minimum coupling model in the formal form and the Palatini form. It is found that the ISW effect depends on the Harbert factor H (a), the linear growth function of the matter perturbation D+ (a), the dimensionless substance density factor Omega m (a) and the coupling function F. The difference between the regular form and the Palatini form and the difference between them and the ACDM model can be ignored, so the ACDM model can be used instead of the study. While the coupling constant is positive, the non minimum coupling model of the Palatini form is most deviated from the ACDM model, and the difference between the metric form and the Palatini form is also very different. In the end, we generalize the linear perturbation theory of the non minimum coupling model to the nonlinear region, and study the spherical collapse process of the non minimum coupling model in the form of the metric and the Palatini form. We find that all the behavior of the non minimum coupling model in the high redshift region tends to Einstein de Sitter (EdS) model and is a coupling constant. The difference between the non minimum coupling model and the ACDM model is negligible.
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P159

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本文編號(hào)：1902261