全球构造的反对称性及其动力学意义

空间位置与几何形态的对称性,是宇宙中普遍存在的基本特征,它是决定物体静态稳定与动态平衡的重要条件,也是控制自然界相互作用的重要因素.物理学中的守恒定律经常是某种基本对称性的结果,反物质概念的提出也是从对称性出发的地球作为在宇宙中旋转运动的一颗行星,总体上是一个几何对称的椭球体.然而它的全球构造特征却具有一种特殊形式的对称性一反对称性,其含义是全球尺度区域的构造在空间位     

玻色凝聚原子气体跨越自发对称性破缺的普适非平衡动力学研究进展

自发对称性破缺是自然界中普遍存在的物理现象,从宇宙星系的形成到超流涡旋的产生,它广泛存在于宇宙学、凝聚态物理以及原子分子光物理等各个领域之中.自发对称性破缺过程中的普适临界动力学可用Kibble-Zurek机制描述,该机制描述了体系非绝热激发和淬火速率之间的普适标度关系.研究普适临界动力学既可以加深人们对早期宇宙中复杂...     

尖点突变模型与平均场理论

本文从突变理论中尖点模型的性态出发,以铁磁相变为例,详细分析了它与尖点模型之间的对应;讨论了Van der Walls方程、Ising模型的平均场近似解、Ginzbarg-Landau模型。所得出的结论是:在平均场理论的框架中可以放入尖点突变的数学模型,并给出了其物理解释;分析了利用突变理论研究相变的基本思想。     

1+2维Bianchi Type Ⅰ宇宙模型中的熵生成

一、引言 解释现今可观察宇宙中存在的大数熵,一直是宇宙学中最令人感兴趣的问题之一。按标准的RW模型,辐射气的熵是一个守恒量。虽然RW模型可描绘当今宇宙的均匀性和各向同性,能解释轻元素的丰度等一系列重要观察结果。因而具有明显的成功之处。但它也有致命的先天性缺陷,首先它无法自证为什么在如此众多的宇宙模型中,大爆炸单单挑中这个既均匀又各向同性的最高对称性宇宙作为它的胎儿——宇宙演化的初始条件。其次,该模型无法解     

宇宙中正(重子)物质如何起源?

宇宙中的物质主要以重子类物质而非反物质存在.这一物质反物质的不对称性或者重子类物质的起源问题是长久未解决的宇宙学难题.本文着重介绍了目前很流行的电弱重子数产生机制,即在电弱相变过程中重子数产生的机制及其在超出粒子物理标准模型的新物理模型中的实现以及实验检验.首先详细介绍了该机制的物理图像.其次,因为重子数的产生需要在新物理模型中引入额外的CP(电荷共轭-宇称)破坏以克服标准模型中CP破坏强度不足的弱点,所以也对此进行了简要介绍并讨论了这类新的CP破坏源和粒子电偶极矩的精密测量以及新物理探索的关联.还讨论了另一个对于新物理模型的要求即强一阶电弱相变的实现.最后介绍了一阶电弱相变过程中随机背景引力波的产生、其在基于太空的引力波干涉仪探测器中的实验探测以及此类引力波与新物理模型探索之间的关联.其他如一阶相变过程中原初黑洞的产生及其探测也在本文中作了简要介绍.     

一种现实单极子和双荷子的渐近平直的引力场

早期宇宙中的相变可导致各种各样的拓扑缺陷。拓扑缺陷的类型决定于真空流形的拓扑结构,特别是,当同伦群π_2(G/H)非平庸时,拓扑稳定的单极子解便存在。这种由于规范对称性破缺而形成的单极子与基本粒子很相似。如果我们在广义相对论中来考虑这些单极子,那么按照其对称性,他们的非零能-动-张量将使时空发生相应的弯曲。     

光子、热力学与膨胀宇宙

基于宇宙学观测以及含宇宙常数的广义相对论场方程建立的标准宇宙模型,存在着违背物理学基本规律的疑难,提示我们需要仔细审视宇宙动力学的物理基础.例如,同实物退耦后的背景黑体辐射光子数目不再随宇宙膨胀而变化,但宇宙学红移效应导致辐射温度反比于宇宙尺度下降,则背景辐射总能量也反比于宇宙尺度而不断减少,违背了热力学第一定律,损失的宇宙背景辐射能量到哪里去了?又如,宇宙常数对应的暗能量密度不随时间变化,膨胀宇宙中物质不断被创生,总能量随宇宙膨胀趋于无穷.在宇宙学中坚持能量守恒,需要限制暗物质和暗能量的基本物理性质,其中作为零质量玻色子的光子扮演着重要角色.基于爱因斯坦场方程同时又不放弃能量守恒定律的宇宙学模型,给出了和标准模型完全不同因而可以被观测证实或证伪的演化图景:暗物质同暗能量平衡状态下的匀速膨胀才是宇宙的常态,而减速或加速膨胀只是宇宙介质相变导致的瞬态过程.近期开始出现的高精度宇宙学观测结果对标准模型提出了挑战,而有利于能量守恒宇宙模型的预期.正在进行和计划中的宇宙学观测将最终判定2类模型,并且推动基本物理的发展.     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

基于非结构化VOSET方法的沸腾传热

将非结构化VOSET方法推广至求解气液界面存在相变的流动传热问题.为准确计算界面两侧因相变导致的能量跳跃,给出了含界面非结构网格控制单元温度的计算方法,并对非界面网格温度场采用隐式求解以提高计算精度.为验证所构建相变模型的正确性,编写程序分别模拟了恒壁面过热度和恒热流密度两种边界条件下的水平表面膜态沸腾,计算结果与Klimenko经验关联式吻合良好.通过圆弧表面膜态沸腾问题,验证了本文基于带相变非结构VOSET方法对不规则区域沸腾相变问题的适用性.通过模拟近临界压力水的膜态沸腾问题,并与Berenson和Klimenko经验关联式对比,验证了本文方法对实际沸腾问题的适用性.     

原初密度扰动与原初黑洞

在宇宙早期形成的黑洞被称为原初黑洞.原初黑洞反映了宇宙早期的结构,研究原初黑洞将加深我们对早期宇宙演化规律的理解.同时,将有关原初黑洞的理论计算结果和相关观测数据进行比较,可以有效地对相关理论模型加以限制.因此原初黑洞在理论和观测两方面都具有重要的研究价值.形成原初黑洞的机制有多种,本文将主要介绍大幅度密度扰动产生原初黑洞的机制."Carr-Hawking"塌缩模型被相关文献广泛采用.该塌缩模型认为原初黑洞的质量近似等于塌缩区域进入视界时的视界质量.但是,近年的数值计算结果表明临界塌缩模型更加合理可靠.在临界塌缩模型中,原初黑洞的质量应由临界质量关系给出.本文首先介绍大幅度密度扰动塌缩形成原初黑洞的一些基本概念:原初黑洞的形成条件、原初黑洞的质量、形成时间及其寿命等;然后介绍原初黑洞丰度的计算以及如何从暴涨模型的结果计算原初黑洞的丰度.     

格点库仑气体

二维库仑气体模型在理论上有广泛的研究。重整化群方法的研究结果指出,在低密度气体时存在KT相变,而在高密度时则有一级相变。近年来有人用MonteCarlo方法计算了格点库仑气体,结果表明也存在像连续库仑气体模型中的两种相变。本文用解析方法来讨论格点模型,先将格点库仑气体映射为格点sine-Gordon模型,并用标准的量子场论方法求得基态性质,并分析模型的相图结构。     

有限温度静态层子势

在有限温度场论中,层子禁闭(非禁闭相变)和手征对称性破缺(回复相变)的研究,一直是人们所关心的问题。大量的格点近似计算已经表明这两种相变点的存在,但是这两种相变点是否重合?如不重合,哪个大?哪个小?这些问题还不清楚。有限温度场论的解析计算表明,     

宇宙的“标准烛光”:Ⅰa型超新星的观测与理论

Ⅰa型超新星作为宇宙的"标准烛光"被用来测距并测定宇宙的膨胀历史以及确定暗能量的性质.一般认为Ⅰa型超新星可能源于接近1.4 M⊙碳氧白矮星的热核爆炸,但其爆发机制及前身星的性质还存在争论.这使得Ⅰa超新星距离测量可能存在的一些系统误差无法得到澄清.本文综述了当前Ⅰa型超新星的观测多样性特征以及相关的爆发机制和前身星模型.Ⅰa超新星的光谱和测光性质的弥散不能用单一的模型单简并或者双简并模型+几何效应来解释,这表明可能有多种渠道产生这类爆发.未来利用它们开展精确宇宙学研究需要对不同亚类的爆发进行区分和认证.     

早期宇宙复合时期的电离率

在各种宇宙学模型中,复合时期的电离率是计算物质与辐射密度扰动演化、特别是宇宙微波背景辐射各向异性值的基本数据之一.对于纯重子宇宙,复合时期的电离率X(?)n_e/n(n_e是自由电子的数密度,n是氢原子加自由质子的数密度)的演化结果早已由Peebles给出     

非线性沸腾传热学-Ⅳ:相变涨落关联

处于平衡条件下系统会发生突变现象,处于非平衡条件下的系统也会发生突变现象,即非平衡相变.所谓非平衡相变,就是有些系统当它偏离平衡的程度超过一定范围时便会从一种宏观状态突然变成另一种宏观状态,它不仅表现在外表上突然变化,而且常常伴随着内在对称性和有序度的突然变化,这种对称性或有序度的变化会大大改变系统的物理     

QCD、大统一和宇宙年代

宇宙学的任务就是在大范围和长时间内研究时空,中心问题是在于选择切合实际的宇宙模型,阐明宇宙随时间演化的特征.在弗利德曼首先讨论的均匀和各向同性的宇宙模型中,宇宙是一个膨胀着的体系.这模型和观测数据是相符合的.另一方面,基本粒子物理学的量子色动力学(QCD)较成功地解释了强相互作用的实验现象,天体物理学家与宇宙学家把它应用到早期的     

暴胀宇宙理论和它的哲学意义

演化的宇宙模型,在现代宇宙理论中占了压倒多数。其中最有根据的,是以A.A.弗里德曼思想为基础的热大爆炸模型;人们又把它称为标准模型,因为它实际上在科学界得到了公认。然而在这个模型的基础上,产生了一系列早已为大家所知的困难,例如奇点问题、视界问题、初始涨落问题、空间平坦度问题、重子不对称问题。这些困难迫使宇宙学家们去寻求新的概念,以便解决上述问题的全部或某几个。最新概念之一,是不久前提出的一种理论,它的基础是假定;在宇宙演     

时间对称性反弹宇宙模型与早期宇宙的视界问题

刘辽等人(物理学报,31(1982),1676)通过考虑物质场量子单圈修正,提出了一个在物理上和哲学上均可接受的“时间对称性反弹宇宙模型”。本文将证明,该模型不存在宇宙的视界问题。首先作变换dη=a~(-1)dt,将该模型表为宇宙时     

剧烈膨胀的甚早期宇宙

《剧烈膨胀的甚早期宇宙》所论述的理论是1980年以来宇宙学上的又一重要进展。它以大统一理论中的真空对称破缺的相变为基础,使一些宇宙学的疑难问题得到了解决,但此理论至今还在争论和发展中。     

离子边界半径的理论研究

在原子边界半径模型基础上 ,并利用MELD从头计算程序 ,对离子的边界半径做了进一步的研究 ,给出了前四周期一价正、负离子的边界半径 .这些离子边界半径与ShannonandPrewitt半径和Pauling离子半径有相当好的关联 ,显示了其合理性和可应用性 .