宇宙中的结构形成

现代宇宙学的中心问题是宇宙中大尺度结构的形成问题.在标准等级成团结构形成理论中, 暗物质主宰着宇宙.今天所观测到的各种结构如星系、星系群和星系团,是通过引力不稳定 性形成.由于引力不稳定性,暗物质的小扰动先坍缩最终形成暗物质晕(或暗晕). 较小的 暗晕通过并合形成较大的暗晕.引力形成的结构的质量分布通常称为质量函数,由观测来确定[1-4]. Press等[5]。     

暗能量

最近的宇宙学观测表明,人类熟悉的原子物质(重子物质)只占宇宙总能量的4%左右,而剩下的能量成分都是看不见的暗物质和暗能量,其中暗物质占23%,暗能量占73%.当前,暗物质和暗能量的起源和物理本质都不清楚,揭开它们的神秘本质是现代基础科学所面临的最大挑战之一.暗物质虽然神秘,但是它所产生的引力是和原子物质一样的正常引力.而暗能量就不同了,它更加神秘莫测,它产生的引力实际上是一种排斥力.正是由于暗能量的排斥力的驱动,我们的宇宙现在正在加速膨胀.暗能量在当前的物理学理论框架下面临着严重的问题.实际上,它的物理本性和量子引力理论有着深刻的联系.因此,暗能量的理论研究将为自下而上地建立一个完整的量子引力理论提供重要的线索.在简要论述了与暗能量相关的各种问题来龙去脉的基础上,描述了这个领域的概况.     

具有奇异物质与暗能量作用的二维Brans-Dicke宇宙模型

本文研究了具有奇异物质与暗能量作用的二维Brans-Dicke宇宙模型，并获得了一些新的宇宙学解，这些解可用于解释宇宙加速膨胀；此外，对二维Brans-Dicke弦引力模型中的宇宙学解进行了探讨，发现弦气体具有负能密度这一奇特性质，这一结果可导致早期宇宙的暴涨.     

巴鲁那-维林金黑洞的单圈量子修正

从相互耦合的四维引力、单极子作用量和四维无质量标量场作用量出发,利用球对称退化的两维伸缩子理论,通过微扰方法获得了量子修正的Barriola-Vilenkin黑洞解.发现黑洞熵的量子修正要写成klnAh的形式,其中Ak是黑洞的视界面积,而常数k则依赖于量子化方法.     

yt量子引力效应下费米子隧穿行为的研究

考虑到量子引力效应,对五维史瓦西黑洞时空中费米子的隧穿行为进行了研究.其研究结果表明,黑洞温度不仅由黑洞本身决定,同时,也受费米子的能量、质量以及额外维影响.量子引力修正减缓温度的增加,这将导致残余物质的存在.     

内空间的整体不稳定性和动态紧致

借助弦理论的相关知识,拓展了我们的(3+1)维宇宙, 构造出了包含紧致内空间的宇宙模型,并提出了一种新的宇宙起源思路---稳定宇宙是从原始的整体不稳定的高维闵氏时空自发演化而成.为了实现这个模型, 在爱因斯坦引力基础上引入了质量场和高阶曲率项.加入二阶高斯-博内项后, 可以得到稳定的解, 但这个解不能和真实宇宙的任何阶段相匹配.继续加入质量场后,可以得到包含紧致内空间的稳定解,但解的外空间部分的维数只能是1或2.最后,考虑3阶洛夫洛克引力,将外空间部分的维数拓展到了3维,从而实现了宇宙起源思想.      

1 1维N=1超Poincaré张量运算

超引力张量运算目的是构造代数离壳封闭的各种超引力模型.文中建立了1 1维 N=1超Poincare张量运算并详细地导出了多重态的定域超对称变换性质及不变作用量密度公式.     

2维和4维时空温度弦模型中暗能量玻色子星质量和物态参量的计算

通过2维和4维温度弦模型研究暗能量玻色子星的质量和物态参量,推导高亏格黎曼面上的玻色弦自由能,获得引力场方程和dilaton暗能量场方程的表达式,给出玻色子星的质量和物态参量的推导过程.另外,还分析和比较了不同时空中计算结果所具有的特点.     

量子引力对狄拉克粒子隧穿行为的影响

本文讨论了二维时空中狄拉克粒子的隧穿行为.标准的霍金温度通过狄拉克粒子隧穿视界得到.当考虑到量子引力效应时,黑洞的温度不仅由黑洞本身决定,同时,还受辐射粒子的能量和质量的影响.     

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.     

从旋转引力源讨论暗物质与暗能量

引用了常数标量势的概念,导出若干公式,推断旋转引力源的额外引力或斥力效应,解释了先驱者10号和11号宇宙飞船出现异常加速的原因,给出了“暗物质“和“暗能量“之谜的可能解答.进一步给出理论预言,即木星、土星的引力场也存在额外加速度效应,并计算了它们的值.     

暗物质、暗能量对宇宙未来命运的影响

 据实验检测和理论计算,论证了现时中微子的超对称伴子“中性微子”U_e,B⁰(q₂,g)是宇宙暗物质的最佳候选粒子.认为超新星爆炸释放的暗能量,迫使宇宙背景光子热平衡态的温度T、压强p上升.将压强类比为“反引力”,当“反引力”(压强)大于引力,则宇宙将加速膨胀;当“反引力”小于引力,则宇宙将收缩.     

暗能量宇宙学的研究进展

介绍了暗能量宇宙学相关课题研究的一些最新的研究进展.作者多年来一直致力于暗能量问题的研究,近年来在暗能量相关课题方面开展了大量的研究工作,在若干方向取得了一系列有意义的进展.对这些课题研究的进展进行了简要介绍,主要内容包括:暗能量宇宙学模型的观测限制研究,暗能量与暗物质耦合参数的宇宙学测量,在宇宙学中称重中微子与搜寻惰性中微子的研究,遗迹中微子在银河系中的引力结团研究,利用引力波观测开展宇宙学参数估计的研究,暴胀宇宙学模型的观测限制研究.     

Einstein引力的Slavnov—Ward恒等式与正规化

本文给出了Ｅｉｎｓｔｅｉｎ引力的协变量子化的Ｓ—Ｗ恒等式，及单圈引力自能的维数规则化结果，并证明该结果符合Ｓ—Ｗ恒等式。     

类磁引力与引力坡印亭矢量

与运动电荷产生磁场类似,运动质量也能产生类磁引力场。对于线质量密度为λ长直线质量沿其长度方向以速度U运动时,利用四维矢量变换可得到它产生的类磁引力场,其大小为b=(-G/C~2)(2ГλU/r),其中,Г=1/(1-(U/c)~2)~(1/2) 本文避开四维变换,把引力场同静电场及磁场相对比,从而得出类磁引力和引力坡印亭矢量概念,其结果相同,并以例证说明了类磁引力场中能量守恒问题。     

5维Kaluza-Klein理论中的4维牛顿引力常数

本文利用热核展开方法及Zeta函数正规法,讨论了5维纯Kaluza-Klein理论中,考虑了量子单圈修正以后的4维牛顿引力常数。     

星系并合与相互作用的数值模拟和观测统计

在等级成团的结构形成过程中,星系并合与相互作用是非常普遍的现象.在引力的作用下,进入主暗晕的卫星星系受到动力学摩擦的作用而落入暗晕中心与中央星系并合;星系团中的星系高速交汇给星系内部注入能量从而改变着星系的形态;来自星系团的引力场对其中的星系进行着潮汐剥离甚至将其打散.星系的并合与相互作用在星系的演化中起着重要的作用,不仅能改变星系的形态,对星系的恒星形成性质产生影响,而且与活动星系核的演化相关联.借助数值模拟的理论研究与观测研究的共同发展,促进了人们对这一领域的认识,尤其是星系的理论并合时标、观测到的星系并合统计量及演化、并合在大质量星系的质量和大小增长中的作用等.     

引力场的高斯定理及应用

通过考虑引力子的自旋,重新给出了引力场的高斯定理.由高斯定理出发,得到了球对称引力场的引力势和引力势能的计算式.对于物质密度为E指数的情况,计算了球对称天体的引力势和引力势能.在特殊情况下,研究了球对称天体的质量和引力势能与天体半径的关系.     

准静态1＋1维黑洞的量子热效应

本文将引力源的质量看作随时间缓变的函数，研究了１＋１维对称黑洞的量子效应，得到了热谱公式和Ｈａｗｋｉｎｇ温度。     

二维系统的统计热力学理论

为了讨论固体和液体的性质,H.Kawamura曾利用Collins模型,在忽略4-原子和引力势的情况下,研究了二维硬盘系统的相变。本文进一步考虑4-原子和引力势的存在,计算了二维系统的热力学函数,研究了4-原子所占百分数对相变点的影响,讨论了物态方程和定压热容量。