【摘要】： 現(xiàn)有的天文觀測表明宇宙正在加速膨脹,因此目前宇宙中的物質(zhì)是以具有負(fù)壓強(qiáng)的暗能量為主。最簡單的暗能量候選者為宇宙常數(shù),相應(yīng)模型(LCDM)包括物態(tài)方程恒定為-1的宇宙常數(shù)、主要分布在星系外圍的暗物質(zhì)、構(gòu)成宇宙中發(fā)光物質(zhì)的重子及目前能量密度很小的輻射物質(zhì)。 本論文將首先介紹各種與暗能量有關(guān)的天文觀測,包括超新星、宇宙微波背景輻射和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的測量,以LCDM模型為例對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擬合并給出暗能量性質(zhì)。擬合結(jié)果表明LCDM模型與所有天文觀測都符合得很好,但其自身仍然存在一些問題。如宇宙常數(shù)的來源問題；微調(diào)問題(fine tuning):宇宙常數(shù)為何不為零而是如此微小；偶然性問題(coincidence problem):為何現(xiàn)在宇宙常數(shù)的能量密度剛好與背景物質(zhì)密度在同一量級。由于LCDM模型中自由度與參數(shù)很少,這些問題于模型本身很難得到解決。 標(biāo)量場是除宇宙常數(shù)外暗能量最簡單的候選者。標(biāo)量場的物態(tài)方程可以隨時間變化,擁有較多的自由度。因此標(biāo)量場模型既可以與實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)擬合得很好,還可以緩解或解決微調(diào)和偶然性問題�，F(xiàn)有天文觀測的數(shù)量和精度仍然不是非常高,所以現(xiàn)在可以與實(shí)驗(yàn)觀測相符的標(biāo)量場模型有很多。這些標(biāo)量場模型可以有很多理論上的來源,如量子場論、超引力和超弦理論；還有許多只是為了符合實(shí)驗(yàn)觀測而給出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。在文中我們將介紹最流行的幾個標(biāo)量場模型,如Quintessence、Phantom、K-essence和標(biāo)量張量場模型。這些模型都能夠緩解甚至解決微調(diào)和偶然性這兩個問題,但它們本身也還是存在一些矛盾。 Quintessence模型是暗能量發(fā)現(xiàn)后被研究最多的一類標(biāo)量場模型。該模型中有一類勢能可以使Q場具有運(yùn)動著的吸引子解,稱為"tracker solution",可以導(dǎo)致標(biāo)量場最終會趨于同一軌道。只要宇宙早期該標(biāo)量場在足夠長的時間里具有吸引子解,現(xiàn)在暗能量為主時期標(biāo)量場的演化行為將只與模型中勢能的形式有關(guān)。我們就不需要對Q場的初始條件進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整,調(diào)整勢能中的參數(shù)就可以很容易地解決偶然性問題。但一般用來分析"tracker solution"的“軌道方程”只在早期ΩQ《1時成立。為了得到現(xiàn)在暗能量為主時期標(biāo)量場吸引子解的形式,我們給出了完整的軌道方程。我們發(fā)現(xiàn)完整吸引子解中Q場的物態(tài)方程ωQ和能量密度比例ΩQ可以表示為Q場勢能V(φ)的解析函數(shù)。我們還發(fā)現(xiàn)標(biāo)量場真實(shí)ωQ和ΩQ與ωQ和ΩQ的關(guān)系是確定的,從吸引子解中ωQ～ΩQ的關(guān)系就可以推測出ωQ～ΩQ的形式。因此只要知道Quintessence模型中勢能的形式,馬上可以解析地得到該模型所有的演化性質(zhì)。反之可以利用現(xiàn)在觀測實(shí)驗(yàn)對暗能量的ωde和Ωde的約束對Q場的勢能形式及其參數(shù)進(jìn)行限制。 最后我們研究了標(biāo)量張量場作為暗能量的可能性。標(biāo)量張量場為非最小耦合的標(biāo)量場,一般用它與太陽系實(shí)驗(yàn)比較來檢驗(yàn)愛因斯坦引力理論的精確性和正確性。我們利用具有非零最小值的標(biāo)量張量場勢能對超新星數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。這種標(biāo)量張量場模型可以很容易地得到振蕩的H(z)及小于-1的物態(tài)方程,而人們發(fā)現(xiàn)具有這兩種性質(zhì)的暗能量模型一般可以得到與超新星實(shí)驗(yàn)較好的擬合。在我們最佳擬合的模型中得到了以上的兩種性質(zhì),而且其擬合結(jié)果的確比其它的暗能量模型都要好。我們還發(fā)現(xiàn)在最佳擬合模型中標(biāo)量張量場不僅符合暗能量的觀測,還可以模擬暗物質(zhì)的性質(zhì)。即我們的模型可以統(tǒng)一暗能量和暗物質(zhì)兩種組分,在模型中除可以同時模擬暗能量及暗物質(zhì)性質(zhì)的Q場外只存在重子物質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：P145.9

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4 許i，

本文編號：2661102