CSTB反弹宇宙模型的构造、系统分析以及实验探测.docVIP专享

CSTB 反弹宇宙（Coupled Scalar Tachyon Bounce Cosmos）模型的构造、系统分析以及实验探测宇宙的起源和早期演化是人类文明肇始以来不断探寻的重要课题,也是人类文明进展的一个原始和持久的推动力。近年来,大量天文观测数据和高能粒子数据及相关的涌现使得当今成为宇宙学讨论的黄金时代。在标准宇宙学模型中,人们引入了宇宙加速膨胀--暴胀(Inflation)--的新概念来解决宇宙大爆炸理论存在的“视界问题(Horizon Problem)"和“平坦性问题(Flatness Problem)".通过量子涨落机制产生了与天文观测相符的标度不变原初扰动功率谱,奠定了暴胀的物理基础。然而,暴胀模型仍然未解决宇宙大爆炸的原初奇点问题(Initial Singularity Problem)以及参数精细调节问题(Fine-tuning Problem).因此,人们仍在迫切地寻找可以改进或替代暴胀宇宙学标准模型的新模型。在这篇博士论文中,为了解决暴胀宇宙学标准模型存在的问题和困难,我们提出了全新的基于超弦唯象理论而建立的标量场与快子场耦合的反弹宇宙模型(Coupled Scalar Tachyon Bounce Cosmos),简称 CSTB 反弹宇宙模型。在 CSTB反弹宇宙模型中,由于运用了标量场和快子场的耦合项以及闭合 Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker(FLRW)时空的正曲率项,宇宙可以实现光滑的反弹,从而避开了宇宙大爆炸初始奇点问题。同时,CSTB 反弹宇宙模型的背景演化是与初始条件无关的动力学吸引子解,因此也避开了参数精细调节问题。相比于其它的反弹宇宙模型,例如 Quintom 反弹宇宙模型和鬼场凝聚(Ghost Condensation)反弹宇宙模型,CSTB 反弹宇宙模型在整个反弹过程中,满足了类光、弱和主导能量条件(Null, Weak, and Dominant Energy Conditions),宇宙在其整个演化过程中不会产生任何非物理的场(Ghost Field).我们进一步具体地讨论了 CSTB 反弹宇宙模型的原初扰动功率谱并和宇宙观测数据进行比较。通过精确计算 CSTB 反弹宇宙模型的原初扰动功率谱的谱指数,我们发现这个模型可以产生稳定的和标度不变的原始曲率扰动功率谱,这一结果和宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR))目前的观测结果相符。通过对各类暴胀宇宙模型和反弹/循环宇宙模型,特别是 CSTB 反弹宇宙模型和慢滚暴胀宇宙模型进行更系统的分析,我们提出了一个统一的参数空间(V,m)。这个参数空间包括两个维度：一个是推广的宇宙扰动方程红移-蓝移项的系数 m,而 V 则是宇宙背景演化尺度因子的幂指数因子。在...