关于多方气体暗能量模型相关问题的理论研究

论文摘要

1998年,Ⅰa型超新星观测数据显示,我们的宇宙正在加速膨胀。人们认为暗能量是驱动宇宙加速膨胀的源动力。为了解释宇宙加速膨胀,物理学家们近年来提出了各种暗能量模型。最简单的模型是宇宙学常数模型,此模型的态参数值为-1,极其符合观测结果,但是依旧存在许多问题,如巧合性问题和精调问题等。为解决这些问题,人们又陆续提出一些动力学暗能量模型,其态参数随时间演化,诸如quintessence模型、phantom模型和全息暗能量模型等。在能够解释宇宙加速膨胀现象的同时,这些模型也都存在各自的不足,诸如quintessence模型的态参数无法穿越-1、phantom模型预言了宇宙在未来会发生大劈裂等。本文介绍的是多方气体模型,它是一种现象学模型,能够将Chaplygin气体（CG）模型和广义的Chaplygin气体（GCG）模型作为特殊情况包含其中,可以用来解释宇宙加速膨胀现象。本文首先介绍了宇宙学的基本原理和几种常见的暗能量模型,之后主要研究的是多方气体模型。在平直宇宙的背景下,深入讨论了在暗能量和暗物质之间无相互作用情况下和存在四种不同相互作用情况下多方气体模型的动力学演化,画出了态参数、减速参数和密度参数随红移z的演化趋势,与天文观测结果进行了对比,研究发现存在相互作用情况下的宇宙学量的演化与天文观测数据符合的较好。并且,得出宇宙在未来不会发生大劈裂的结论。之后,对模型做了state finder诊断和Om诊断,两种几何诊断可以很好地区分各种情况下的暗能量模型。通过对自治系统及其稳定点的分析,探讨了多方气体模型的稳定性,并对相互作用参数作出了限制。经过分析发现,若对相互作用参数取合适的数值,则相互作用多方气体模型的动力学系统存在吸引子。在文章的最后,研究了多方气体模型的热力学性质,得出了相互作用与热力学涨落之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 2 现代宇宙学基础
•   2.1 标准宇宙学模型简介
•     2.1.1 宇宙学常数模型
•     2.1.2 标准宇宙学疑难
•   2.2 暴胀宇宙学模型简介
•     2.2.1 暴胀宇宙学模型的建立
•     2.2.2 暴胀宇宙学对疑难的解释
•   2.3 几种常见的暗能量模型
•     2.3.1 宇宙学常数模型
•     2.3.2 标量场暗能量模型
•     2.3.3 Chaplygin气体及其推广模型
•     2.3.4 全息暗能量模型
• 3 多方气体模型及其相关宇宙学性质的讨论
•   3.1 多方气体模型的动力学演化
•     3.1.1 无相互作用情况下的多方气体模型的动力学演化
•     3.1.2 存在相互作用情况下的多方气体模型的动力学演化
•   3.2 多方气体模型的几何诊断
•     3.2.1 多方气体模型的state finder诊断
•     3.2.2 多方气体模型的Om诊断
•   3.3 多方气体模型动力学系统的稳定性分析
• 1=3αHqρ_de'>    3.3.1 相互作用Γ₁=3αHqρ_de
• 2=3βHqρ_dm'>    3.3.2 相互作用Γ₂=3βHqρ_dm
• 3=3γHq(ρ_dm+ρ_de)'>    3.3.3 相互作用Γ₃=3γHq(ρ_dm+ρ_de)
• 4=3ξHq(ρ_dm+ρ_de)ρ_de)/(ρ_dm-ρ_de)'>    3.3.4 相互作用Γ₄=3ξHq(ρ_dm+ρ_de)ρ_de)/(ρ_dm-ρ_de)
•   3.4 多方气体模型的热力学描述
•     3.4.1 多方气体模型的热力学第二定律
•     3.4.2 存在相互作用的多方气体模型的熵的修正
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王焕语

导师: 吴亚波

关键词: 加速膨胀宇宙,多方气体暗能量模型,几何诊断,吸引子,热力学

来源: 辽宁师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 辽宁师范大学

基金: 国家自然科学基金(No.11175077和No.11575075)

分类号: P159

DOI: 10.27212/d.cnki.glnsu.2019.000050

总页数: 48

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