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.     

暗能量与暗物质的统一

大量可信的证据表明暗物质造成了许多漩涡星系的平坦的自转曲线;在爱因斯坦引力场方程中加入暗能量的能量动量张量后,通过假设星系中的暗能量是非均匀、球对称分布的,同样得到星系NGC3198的平坦的自转曲线,因而可认为暗物质和暗能量是同一种物质的两种表现,初步统一了暗能量和暗物质.     

暗能量对星体进动的影响

主要研究和探讨暗能量的存在对行星进动角的影响。我们发现对于太阳系水星，暗能量对其进动角的贡献大约为总进动角的万分之一。因此，期望通过对水星进动的精密观测，可以推测暗能量的状态函数，并以此作为检验各种暗能量模型的理论依据。     

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.     

天体内能源自暗能量的假说

暗能量充斥在宇宙内所有空间。天体和暗能量作用后形成自己的内能,在能量变化的基础上推进天体的演化。     

中微子超光速与宇宙加速膨胀

由中微子超光速推导出中微子的质量是虚数,也就是说中微子是具有虚质量的微观粒子.本文认为任何物质的质量、动量和能量都应该用复数来描述.随后提出了两个假设:1)中微子(或其它虚质量粒子)是组成暗能量的基本粒子;2)对普通物质适用的一切物理定律对暗物质和暗能量同样适用.基于这两个假设,根据万有引力定律导出了暗能量粒子之间的相互作用是万有斥力,这是导致宇宙加速膨胀的根本原因.     

利用改进了的宇宙模型独立法重建宇宙膨胀史

首先利用距离对偶关系重新修正了Union2.1超新星数据光曲参数;然后用该光曲参数重新计算了Ia型超新星的距离模量;最后用模型独立法重建了宇宙膨胀史和暗能量的演化性质.在1σ置信度,重建的宇宙的膨胀史及暗能量性质与真空暗能量模型并不一致,这一结果更支持一个随红移演化的暗能量宇宙模型.     

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.     

含三个实标量场的暗能量模型

近年来型超新星的观测结果表明宇宙在加速膨胀,并且驱动宇宙加速膨胀的暗能量占据宇宙总能量密度的2/3.目前,物理学家们已经根据实验观测结果提出了一些暗能量的模型.这些模型的最主要的区别是它们预测了暗能量的不同的态方程,近而给出了不同的宇宙论,但是它们的态方程参数叫都限制在-1<ω<-1/3的范围内.然而最近的观测数据似乎支持暗能量的态方程参数ω由之前的ω-1[1]演化到当今时代的ω<-1.在本文中我们考虑了一个含三个实标量场的暗能量模型来实现上述情况.在本文的讨论中我们均考虑ρm≤ρφ     

万有引力源自暗能量的假说

暗能量充斥在宇宙内所有空间。暗能量和物质作用后在物体周围形成能量负压场。物体间相互处在对方的能量负压场中,从而引发物体两侧的能量压力差导致物体互相靠近的运动趋势,致使万有引力的形成。     

总星系中“暗质量”形成和分布的基本规律及与“真空背景微波辐射”、“宇宙常数”的因果关联

本文应用相对论性牛顿万有引力定律和非黎曼几何的传统力学分析方法,定量导出和证明了总星系中场"暗质量""、暗能量"的形成、演化和各向同性均匀分布的基本规律,得到了场"暗质量"密度"、暗能量"密度理论值;定量导出了总星系中场"暗质量"密度"、暗能量"密度与"真空背景微波辐射""、宇宙常数"的因果关联,求得了真空背景微波辐射温度和宇宙常数理论值,所得系列理论结果,与已有观测事实极相吻合.     

暗能量与暗物质相互耦合的观测限制

暗能量是一种引起宇宙加速彭胀的排斥力,探索暗能量的性质是目前天文学和理论物理领域中最突出的问题之一。提供选取暗能量状态参数为常量和变量(随红移变化)的2种模型,并考虑在模型中加入一种被广泛采用的暗能量耦合形式Q=3αHρm进行数值模拟讨论。应用最新的观测数据对耦合模型的相关参数进行限制,得到了暗因子耦合强度的上限。对常量和变量耦合模型,在1σ,2σ和3σ置信度内,代表耦合强度的参数分别为α≤0.0176(0.0225)(0.0273)和α≤0.0206(0.0278)(0.0345)。研究表明,这2种模型可给出与目前的观测结果相一致的参数范围。     

拿什么探测你,暗能量

 自以为越来越了解自己生存的宇宙,但其实到目前为止,人类只不过才了解宇宙结构的不足5%,其余95%被科学家们认为是暗物质和暗能量,尤其暗能量以超过70%的比重令人震惊。可见物质,很容易被认识和了解;而不可见者,尤其是相互作用非常微弱的暗能量,难以被直接观测,因此目前只能通过对可见天体和空间的观测,间接地测定其性质。在8月23日举行的中国科协“科学家与媒体面对面”活动上,宇宙学家们介绍了探测暗能量的不同方法。     

暗能量背景下黑洞的全息相变

在暗能量背景下,研究了黑洞的热力学熵和纠缠熵的相结构.分别讨论了黑洞的电荷和暗能量态参数对黑洞相结构的影响.对于固定的暗能量态参数,当电荷的值增大时,黑洞热力学熵和纠缠熵的相结构与范德瓦尔斯相变的相结构完全类似,即黑洞先后经历一阶相变、二阶相变,最后达到稳定态.对于固定的电荷,当暗能量态参数增大时,黑洞热力学熵和纠缠熵的相结构并不完全类似.特别是,纠缠熵随暗能量态参数的变化与热力学熵的变化趋势完全相反.相同的是,当暗能量态参数增大时,在纠缠熵-温度平面和热力学熵-温度平面,黑洞都经历一阶相变和二阶相变.对于热力学熵和纠缠熵,发现在一阶相变的不稳定区域,麦克斯韦的等面积法则始终成立,在二阶相变临界点附近,热容的临界指数都是2/3.     

英科学家称宇宙可能不存在暗物质

<正>据英国《每日电讯报》报道,一项突破性研究成果称,占宇宙构成96%的暗物质和暗能量也许并不存在。已有数十年历史的标准模型认为,我们所知的宇宙——由行星、恒星、小行星和气体等可认识的部分构成——只占宇宙的4%。其余部分是由神秘的暗物质和暗能量构成的。暗物质和暗能量遍布太空,促进宇宙的膨胀。     

宇宙发展的第三种可能:大撕裂

据英《新科学家》2003年3月8日报道 :新汉普郡达特茅斯大学的RobertCaldwell提出了宇宙发展的第三种可能性 ,即宇宙“大撕裂” ;而过去人们认为 ,宇宙或者是再次毁灭 ,或者是一直膨胀到无限稀薄的状态。宇宙是否发生大撕裂取决于撕开宇宙的神秘暗能量的性质。我们知道 ,宇宙正在加速膨胀。大多数物理学家认为这种加速很可能保持不变 ,或者加速在随时间减弱。但现在Caldwell提出了不同的观点 ,他认为暗能量可能引起的膨胀似乎增长得更加强烈 ,超乎人们的想象。暗能量是一种称为“假想能量”的神秘物质。在暗能量的影响下 ,失控的宇宙膨胀可…     

暗物质研究述评

近年来的天文观测表明,宇宙中只有约5%的物质是我们所了解的重子物质,其余约25%是暗物质,约70%是暗能量。暗物质和暗能量已成为现代科学中最重要的问题之一。介绍了当前暗物质研究的进展。     

暗能量与暗物质相互耦合的观测限制

暗能量是一种引起宇宙加速彭胀的排斥力,探索暗能量的性质是目前天文学和理论物理领域中最突出的问题之一。提供选取暗能量状态参数为常量和变量（随红移变化）的2种模型,并考虑在模型中加入一种被广泛采用的暗能量耦合形式Q=3αHρm进行数值模拟讨论。应用最新的观测数据对耦合模型的相关参数进行限制,得到了暗因子耦合强度的上限。对常量和变量耦合模型,〖JP3〗在1σ,2σ和3σ置信度内,代表耦合强度的参数分别为α≤0.017 6(0.022 5)(0.027 3)〖JP〗和α≤0.020 6(0.027 8)(0.034 5)。研究表明,这2种模型可给出与目前的观测结果相一致的参数范围。     

观测数据对暗能量状态参数的限制

状态方程是表征暗能量本质的一个重要物理量,而用观测数据拟合它是了解暗能量的重要手段之一。利用新公布的Ia型超新星数据,重子声学振荡（BAO）观测和Wilkinson微波背景各项异性探测卫星（WMAP）公布的5年数据限制CPL和JBP 2种参数化模型,并重构暗能量状态方程w(z)。结果表明,与过去的工作相比,新的观测结果对w(z)的限制有一点改进,但仍与宇宙学常数模型相一致。     

关于暗物质与暗能量参数化的统一模型

构建暗物质与暗能量参数化的统一模型．通过利用与哈勃参数相关的关系式（4）．我们给出了一个能统一暗物质与暗能量的参数化的态方程．由此方程出发,导出了相关的一些宇宙学量与红移量之间的关系．通过计算,我们发现暗能量态参数和减速因子的现在值ω0DE,q0以及转换红移计与超新星观测数据的结果符合得很好．进一步,通过分析暗能量未来的演化趋势,否定了宇宙大劈裂（Big Rip）的命运．