洛伦兹对称破缺与宇宙加速膨胀

1998年的超新星观测表明当今宇宙正在加速膨胀.暗能量是指宇宙加速膨胀的宇宙介质.正的宇宙学常数L是暗能量的重要候选者,但导致宇宙加速膨胀的原因并非L莫属.洛伦兹不变性是物理学最严格的对称性之一,然而所有的量子引力理论都预言了洛伦兹对称性的破缺.基于大尺度洛伦兹破缺(LargeScale Lorentz Violation, LSLV)的宇宙学模型,讨论了有效引力理论修正的Friedmann方程,由此可以得到,大尺度上的洛伦兹破缺和宇宙学常数项的综合效应会产生后期观测到的宇宙加速膨胀.     

宇宙大爆炸思想的历史来源及一个遗留问题

1923年哈勃通过对星云距离的测量最终确认了河外星系的存在,后来又发现了普遍的星系红移,推测宇宙在膨胀,自然宇宙的过去比现在小,最小为零,这样宇宙大爆炸理论就渐渐地形成了.可是有一个问题一直存在:宇宙大爆炸产生的物质是宇宙的全部还是部分?可以发现当年宇宙学家们毫不犹豫地选择了前者,但现有的证据无法证明:宇宙大爆炸一定产生了宇宙的全部物质,这仅仅是个假设,标准宇宙模型是以这个假设为前提的,本文尝试从另一个思路,重新对宇宙进行考察.     

彭加莱规范引力下的加速膨胀

20世纪末,通过对Ia型超新星的观测,人们发现了宇宙的加速膨胀,这违背了人们关于引力的根本认识.解释这一不可思议的现象成了宇宙学家的首要任务,理论学家提出了各种模型.在众多模型中,规范引力理论由于其坚实的理论背景而备受关注.本文作者主要的研究对象是彭加莱规范引力宇宙学模型,利用解析分析对这类模型进行了详细的研究和讨论.并通过将Ia型超新星的观测数据与该宇宙学模型的理论预测作对比,给出了模型参数以及系统初值条件的最佳拟合值,同时也给出了参数们相应的置信区间,限定了这类模型的参数选取.     

暗能量理论研究现状概述

近年来的大量天文观测表明,我们的宇宙正在经历加速膨胀,为此,暗能量已经成为现代宇宙学研究的最活跃领域之一.对暗能量理论方面的研究现状作了一个简要的概述.     

Gpc径向尺度以上哥白尼原理的验证

哥白尼原理是现代宇宙学的基石之一.但是,Gpc径向尺度以上的哥白尼原理几乎没有得到确证.如果该类哥白尼原理遭到破坏,就会产生一阶各向异性运动学SZ（Sunyaev Zel＇dovich）效应.我们证明,如果这种破坏达到能够取代暗能量解释宇宙＂加速＂膨胀的程度,产生的运动学SZ效应功率谱将远远超出ACT/SPT实验的上限.该检验排除了空洞模型解释宇宙＂加速＂膨胀的可能性,证实了Gpc径向尺度以上的哥白尼原理,弥补了标准宇宙学中的一个漏洞.     

质能转化思想和质空转化思想

质能转化思想是相对论中最精彩的部分.关于质量和空间转化的思想是在文献[1]中提出的.2011年的诺贝尔物理学奖授予了"通过观测遥远超新星发现宇宙加速膨胀"的三位科学家,但现有理论不能解释宇宙为什么会加速膨胀?用本文所述的质空转化思想可以说明其中的原因.要保持质能守恒定律在空间膨胀中仍然成立,需建立新的"物质空间"概念.本文详细讨论了质空转化思想的由来,分析了它对未来物理学可能产生的影响,并用它解释了一些标准宇宙模型中无法解释的现象.     

哈勃参量限制宇宙学模型的优势

1998年对Ia型超新星的观测结果表明,宇宙是加速膨胀的,暗能量是可能导致宇宙加速膨胀的一个重要模型.宇宙学中状态方程w是了解暗能量本质的一个重要的物理量,我们在假定暗能量状态方程w=w(z)随红移变化的情况下,通过计算哈勃参量和光度距离,得到用光度距离来限制暗能量状态方程会有信息损失的结论,进一步比较哈勃参量和光度距离,发现哈勃参量在限制宇宙学模型和宇宙学参数方面比光度距离更有优势.     

哈勃参量限制宇宙的backreaction效应

主要研究不均匀宇宙下的平均宇宙模型对宇宙加速膨胀的解释. 首先, 通过对该尘埃宇宙模型下的backreaction效应和Larena等提出的模板度规结合, 得出了如下结论:FLRW 度规对早期宇宙的演化能进行准确描述, 但到晚期大约a_D>0.1之后与backreaction模型区别明显.其次,选择通过有效哈勃参量来限制宇宙学参量.由于不能得到准确的尺度因子和红移关系,于是近似选择 FLRW 度规代替模板度规进行限制.限制结果发现(1σ stat), 与其他观测如超新星遗迹探测(SNLS)和Ⅰa型超新星等符合的很好. 最后, 通过限制结果的最佳拟合值对此模型下的宇宙学参量进行了分析, 表明宇宙的backreaction效应可以很好解释宇宙加速膨胀, 因此值得对此模型进行进一步的研究.       

广义相对论与现代宇宙学的进展

广义相对论主要应用在宇观领域，研究宇宙的结构和运动。从本世纪二十年代起，开始建立现代宇宙学理论，这个理论预言宇宙在膨胀。近年来，随着天文观测的迅速发展，发现了许多新现象、新天体。积累了不少新资料。本文以广义相对论为理论依据，结合主要观测事实，对当前流行的现代宇宙学理论予以综述。     

宇宙中物质的压力对宇宙年龄的影响

在标准宇宙学模型中,非相对论性物质(以下简称为物质)被视为无压的尘埃粒子[1],然而其合理性并未定量地证实过.Peebles[2]也曾提到过考虑宇宙中物质压力的必要性.目前的研究表明,在冷暗物质宇宙学模型基础上,宇宙中大尺度结构形成的高精度计算机数值模拟和理论分析都预言,在星系和星系团的中心应该有一个致密的核;然而这与目前的观测如星系团的引力透镜观测等相矛盾.最近Spergel等[3]假定冷暗物质之间存在着相互作用力,即存在着热压力,并对其做了深入研究,但也并未涉及其对宇宙年龄的影响.     

宇宙演化、粒子演化的物理根源

 Dirac宇宙论与作者的2类自由流阻尼标度理论,虽出发点不同,但宇宙演化、粒子演化的物理根源是宇宙的引力常数随宇宙时间的推移而减小的结论却是一致的.人们对此存在长期争议.根据现有的一些实验事实和理论分析,希望对此问题有所澄清.     

A philosophy for big-bang cosmology

According to recent developments in cosmology we seem bound to find a model universe like the observed universe, almost independently of how we suppose it started. Such ideas, if valid, provide fresh justification for the procedures of current cosmological theory.     

各向同性圈量子宇宙学的哈密顿约束的量子化:一个可供选择的方法(英文)

圈量子宇宙学中哈密顿约束的量子化有一定的任意性,因此需要检验圈量子宇宙学的一些重要性质,如量子反弹、有效描述等,是否与这种量子化任意性有关。文章考虑了引力联络的场强的量子化中产生的一种典型的任意性,构造了一个可供选择的哈密顿约束算符,并通过半经典分析证明了该算符有正确的经典极限,进而得到了含高阶量子修正的有效哈密顿约束。在这个与无质量标量场耦合的空间平坦的Friedmann宇宙学模型的有效理论中,经典大爆炸奇点被量子反弹所取代,并且量子引力效应极有可能使膨胀的宇宙塌缩回来。可见圈量子宇宙学的上述重要性质与这种量子化任意性无关。     

宇宙起源的量子理论

量子宇宙学理论是自大爆炸理论建立以来我们了解宇宙的最重要阶段。这一理论体现了如下观念:宇宙的边界条件就是宇宙没有边界,整个宇宙只由物理定律决定,不需任何初始条件。这一理论也为解决宇宙奇点疑难,宇宙的起源提供了一种可行的方案。     

“大爆炸宇宙学”批评

大爆炸宇宙创生理论是以天文学家Hubble的观测为基础的,他声称已发现那些遥远的天体正远离我们而去。此即Hubble氏的宇宙扩张理论。但该理论的证据并不充分,是主观想像。宇宙爆炸理论的另一重要证据是微波背景辐射的测量数据,但它并不表示微波背景辐射温度数据一定是一次爆炸后的结果。把它看成一次原初大爆炸的余烬是勉强的。按照宇宙的定义,人们无法谈论“宇宙寿命”,只可能谈论诸如“地球的寿命”、“太阳系的寿命”和“星系的寿命”。因此我们反对不靠谱的大爆炸宇宙学,因该理论体系漏洞百出,在科学上和在哲学上均不能成立。
　　虽然宇宙中看来充满难于解释的力,暗物质和暗能量仍然只是两个假设。另一个假说是存在引力波,但也只是估计,实际情况可能不同。在Newton理论中引力速度是无限大,但在Einstein理论中引力传播速度和引力波波速都是光速c。广义相对论( GR)认为引力与电磁力不同,是弯曲时空的纯几何效应。但现在应思索某些不同的引力模型,例如把引力重新当作平直时空中的自然界的力的传播,从而又研究得出引力速度大于2×1010 c( c是真空中光速)。虽然超光速的引力传播违反Einstein的狭义相对论( SR),却符合Lorentz的相对性理论( LR)。
　　在美国,一个宇宙学家团队在2014年3月的一次新闻发布会上宣布,他们探测到了宇宙大爆炸之后最初瞬间所产生的引力波,从而导致宇宙的起源再次成为重大新闻。根据BICEP2南极望远镜团队的信息,其结果被誉为大爆炸暴涨理论及其后续理论(多元宇宙)的证明。该成果问鼎Nobel奖也在预测之中。 BICEP2团队在其宇宙微波背景辐射极化图像中,确定了一个扭曲( B模式)图案,绪论是检测到原始的引力波。但在后来数月中,由来自Prin-ceton大学和也在Princeton高等研究所的科学家们进行了认真的重新分析,其结论是BICEP2的B模式模型给出的大部分或全部最显著效应没有来自引力波的任何贡献。这种突然逆转应该让科学界认真考虑未来的宇宙学实验和理论。 BICEP2事件也揭示了一个关于暴涨理论的真相;很清楚,暴涨范式是根本无法检验的,并因此在科学上是毫无意义的。     

宇宙年龄和宇宙物质密度

根据爱因斯坦广义相对论,时空弯曲,宇宙是有限的。现在已被主流物理学家普遍接受的是标准宇宙论,按标准宇宙论经过严格的数学推导,演算得到了宇宙的年龄、宇宙物质密度。作者根据广大天体物理工作者认可的观察数据和结论,通过初等数学的计算,得到的结果大相径庭。根本没天体物工作者寻找的暗物质。     

精确宇宙学

高精度微波背景观测,加之大尺度结构,超新星等观测的快速发展,引领宇宙学进入精确宇宙学时代.我们对于宇宙的理解不再停留在定性描述阶段,而是进入了高精度定量测量阶段.本文将对重要宇宙学观测给出介绍,并对研究现状,及未来挑战等给出讨论.     

The state of the Universe

The past 20 years have seen dramatic advances in cosmology, mostly driven by observations from new telescopes and detectors. These instruments have allowed astronomers to map out the large-scale structure of the Universe and probe the very early stages of its evolution. We seem to have established the basic parameters describing the behaviour of our expanding Universe, thereby putting cosmology on a firm empirical footing. But the emerging 'standard' model leaves many details of galaxy formation still to be worked out, and new ideas are emerging that challenge the theoretical framework on which the structure of the Big Bang is based. There is still a great deal left to explore in cosmology.