暗能量和宇宙学CPT破坏

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暗能量和宇宙学CPT破坏

暗能量和宇宙学CPT破坏

a 4G ( 3 p) 0
a3
w p / 1/ 3
Negative pressure
Candidates:
1, Cosmological constant
T g w p / 1
Cosmological constant problem!
In our model of baryo/leptogenesis
V0
~
0
M
10 23GeV 2 M
The CPT violation is very small, was large to generate enough baryon number asymmetry in the early universe.
m

2
4M
~ 10 7 eV

m
M ~ M pl upling:
c M
O ( , F
, G
,...)
1, obeys the shift symmetry const.
which guarantees the flatness of the potential.
n
n
n
n ~ s
The universe is not symmetric between matter and antimatter We need baryogenesis
Sakharov conditions for baryogenesis: • Baryon number non-conserving interaction • C and CP violations • Departure from thermal equilibrium

暴涨宇宙学与暗能量中若干问题的研究PPT课件

暴涨宇宙学与暗能量中若干问题的研究PPT课件

作用量
快子暴涨模型
动力学方程
吸引子行为
哈密顿-雅可比方程
线性扰动
解析分析
慢滚曲线 势能为主区 动能为主区
相空间演化示意图和数值解
Hale Waihona Puke 多快子标度解引入无量纲变量 自治系统
幂律解
其中
引入理想流体
参数空间
膜世界暴涨模型
膜世界模型
作用量
五维度规 爱因斯坦方程的解为
解存在的条件
模世界宇宙学
暴涨宇宙学与暗能量中若干 问题的研究
导师研究员
2005年6月8日
内容目录
暴涨宇宙学回顾 快子暴涨模型—吸引子性质 膜世界暴涨模型 幂律暴涨模型—宇宙学标度解 动力学暗能量模型—鬼场暗能量 最近的工作 总结与展望
暴涨宇宙学回顾
标准宇宙学
成功的预言:(1)宇宙的膨胀 (2)宇宙微波背景辐射 (3)轻元素的丰度
物态方程
参数置信区域
总结与展望
研究了快子暴涨模型和膜世界暴涨模型中 吸引子性质
分析了宇宙学标度解的存在性和稳定性, 给出了相应的参数空间
提出了鬼场混合模型和相互作用的鬼场暗 能量模型
宇宙学开始成为精确科学,暴涨场的起源 和暗能量的本质成为了现代宇宙学面临的 重大挑战!
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
模型
宇宙学常数 精细调节问题
;恰巧性问题
Qintessence模型 K-essence模型 Phantom模型
超新星数据分析(astro-ph/0404062)

宇宙黑幕后的暗能量(暗能量会毁灭宇宙吗)

宇宙黑幕后的暗能量(暗能量会毁灭宇宙吗)

1. 宇宙中的黑幕宇宙中的黑幕指的是那些我们无法直接观测到的物质和现象。

其中最神秘的莫过于暗能量,它占据了整个宇宙能量的约七成,但我们却不知道它是什么。

2. 暗能量的发现暗能量的存在是由卫星观测模拟和超新星爆炸观测等多种手段得出的。

在1998年,天文学家通过超新星爆炸的测量结果发现了宇宙的膨胀速度正在加速,这表明着宇宙中存在一种能够推动宇宙膨胀的力量,这就是暗能量的第一次被证实。

3. 暗能量的性质暗能量的本质和来源至今仍是一个谜团,但科学家们通过对暗能量性质的研究,揭示出了一些有趣的特点。

暗能量被认为具有负压力,这使得它对宇宙产生了排斥作用,从而驱动宇宙的加速膨胀。

4. 暗能量的影响暗能量的存在对宇宙的演化产生了深远的影响。

它的存在使得宇宙的膨胀速度不断加快,意味着宇宙将持续地膨胀,未来也许会变成一个寒冷、孤独的世界。

暗能量对星系的形成和演化也有影响,它的存在使得星系团更加松散,但对于星系内部的恒星运动却没有太大的影响。

5. 暗能量的研究科学家们正在积极地研究暗能量,希望能够揭开暗物质的神秘面纱。

目前,我们只能通过观测和研究暗能量对宇宙膨胀的影响来了解它。

未来随着技术的发展,我们或许能够直接探测到暗能量,从而更好地理解它的本质和影响。

6. 暗能量和宇宙的命运暗能量的存在让我们重新思考宇宙的命运。

如果暗能量的作用持续存在,那么宇宙将持续扩张,最终可能发展成一个永无止境的虚空。

但如果暗能量的作用消失,那么宇宙将不再加速膨胀,甚至可能会发生坍缩,最终走向灭亡。

7. 总结暗能量是一个神秘而又重要的物质,它占据了整个宇宙能量的七成。

虽然我们无法直接观测到暗能量,但科学家们通过不断的研究和观测,正在逐渐揭示它的本质和影响。

未来随着技术的进步,我们或许能够更好地理解宇宙的本质和命运。

探索宇宙学中的引力波和暗能量

探索宇宙学中的引力波和暗能量

探索宇宙学中的引力波和暗能量引力波和暗能量是宇宙学中两个引人瞩目的研究课题,它们的发现对于我们理解宇宙起源和演化过程有着重要的意义。

本文将对引力波和暗能量进行探索和解析,以期能够更加全面地认识宇宙学中的这两个重要概念。

一、引力波引力波是由爱因斯坦的广义相对论预言的,它是一种传播于时空中的扰动。

引力波的传播速度是光速,它们的产生源于宇宙中极端强大的引力场。

当两个巨大物体如黑洞或中子星等快速运动或碰撞时,会产生引力波,这些引力波会通过时空的扭曲扩散出去。

科学家们通过利用高精度的激光干涉技术以及精密的引力波探测仪器,如LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)等设备,能够探测到引力波的存在和性质。

2015年,科学家宣布首次成功探测到引力波,这也是人类历史上第一次直接探测到引力波的实验结果。

引力波的探测为我们提供了一个全新的观测宇宙的窗口。

通过引力波的测量,我们可以更加深入地了解宇宙黑洞的形成和演化,研究星体的内部结构和物质的特性,甚至可以在某种程度上验证宇宙的扩张速度。

二、暗能量在宇宙学中,暗能量是一种能够驱使宇宙加速膨胀的假设能量形式。

暗能量的本质尚未被完全阐明,因其无法通过常规手段进行直接测量,而被称为“暗”能量。

然而,暗能量在当前宇宙学模型中扮演着至关重要的角色,被认为是推动宇宙加速膨胀的原因。

在20世纪90年代以前,人们普遍认为宇宙的膨胀速度将会下降,进入一个"带刹车"的状态。

然而,当观测结果不断发现宇宙膨胀速度在不断加快时,科学家们提出了“暗能量”的概念,以解释这个令人困惑的现象。

虽然科学家们还没有找到直接证据来证明暗能量的存在,但通过对宇宙微波背景辐射、超新星爆发等观测数据的分析,暗能量被认为占据了宇宙总能量的约70%。

这个巨大的比例暗示着我们对宇宙的理解仍然有很多未知。

暗能量的研究对于我们探索宇宙演化的过程至关重要。

暗能量

暗能量
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱 将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临 界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在《财经》指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与 爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使 所有的星系或者其他物质加速远离呢?科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量” 到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:所熟悉的世界,即由普 通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
对宇宙膨胀的高精度测量可以使我们对膨胀速度随时间变化有更深入的理解。在广义相对论中,膨胀速度的 变化受宇宙状态方程式的影响。确定暗物质的状态方程式是当今观测宇宙学的最主要问题之一。
加入宇宙学常数后,宇宙学标准罗伯逊-沃尔克度规可以导出Λ-冷暗物质模型,后者因与观测结果的精确吻 合而被称为宇宙“标准模型”。暗物质被认为是当今形式化宇宙循环模型的至关重要的一个因素。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmologicalconstant)。1917 年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein),为了建立一个稳态宇宙模型, 最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
暗能量这个名词是由迈克·透纳引进的。
起源
关于暗能量概念的起源,还得追溯到科学巨匠爱因斯坦他在1917年由他在两年前提出的广义相对论导出的一 组引力方程式,方程式的结果都预示着宇宙是在做永恒的运动,这个结果与爱因斯坦的宇宙是静止的观点相违背, 为了使这个结果能预示宇宙是呈静止状态爱因斯坦又给方程式引入了一个项,这个项称之为的“宇宙常数”。

宇宙深处的黑暗力量;暗物质与暗能量之谜(暗物质、暗能量)

宇宙深处的黑暗力量;暗物质与暗能量之谜(暗物质、暗能量)

宇宙深处的黑暗力量;暗物质与暗能量之谜宇宙深处的黑暗力量: 暗物质与暗能量之谜在我们所知的宇宙中,有一些神秘的力量存在着,它们构成了宇宙的绝大部分,却又几乎完全逃避了我们的观测和理解。

这些力量就是暗物质和暗能量,它们是我们当前对宇宙最大的谜团之一。

首先,让我们来谈谈暗物质。

暗物质是一种并不与光线相互作用的物质,因此它是无法直接观测到的。

然而,通过对宇宙中星系旋转速度、宇宙微波背景辐射等的观测,科学家们发现,宇宙中的物质密度远远超过我们所能观测到的可见物质密度。

这就引发了一个巨大的问题:宇宙中究竟存在着什么样的物质,才能够产生如此巨大的引力作用,却又对我们所熟悉的电磁辐射毫无响应呢?暗物质似乎就像是隐藏在宇宙的黑暗角落里的一种未知的物质,它的存在通过引力作用的观测被揭示出来,但其真正的本质却依然是一个谜。

除了暗物质,宇宙中还存在着另一种神秘的力量,那就是暗能量。

暗能量被认为是导致宇宙膨胀加速的原因,这一发现是基于对超新星爆发光谱的观测。

在这些观测中,科学家们发现,宇宙的膨胀速度居然在加速,而这一现象无法通过我们目前对重力的理解来解释。

暗能量的本质一直是物理学界的一个巨大谜团,科学家们提出了各种各样的假设和理论,试图解释它的存在和作用,然而暗能量的真实面貌依然遮掩在宇宙的深处。

暗物质和暗能量的存在让我们对宇宙的认识和理解产生了巨大的挑战。

它们构成了宇宙中绝大部分的物质和能量,然而我们对它们的了解却仍然非常有限。

在追寻这些神秘力量的过程中,科学家们开展了各种实验和观测,试图从不同的角度揭示它们的真相,然而迄今为止,它们的本质依然是宇宙中最大的谜团之一。

在未来,我们希望随着科学技术的进步,能够更加深入地了解暗物质和暗能量。

也许在某一天,我们能够窥探到它们真正的面貌,揭开宇宙的最后一层面纱,那时,我们对于宇宙的认识将会迈向一个崭新的境界。

天文学概念知识:宇宙学中的暗物质粒子和暗能量

天文学概念知识:宇宙学中的暗物质粒子和暗能量

天文学概念知识:宇宙学中的暗物质粒子和暗能量宇宙学中的暗物质和暗能量是目前天文学领域中仍然存在许多谜团的概念,它们是指我们无法直接观测到的物质和能量。

暗物质和暗能量在宇宙学和天文学研究中扮演着至关重要的角色。

暗物质是指宇宙中构成我们宇宙总质量的物质,除了已知的电子、质子、中子等粒子以外的物质。

暗物质无法通过电磁波等常规手段观测到,因此属于宇宙学领域的研究对象。

对于暗物质的存在,我们可以通过其对物质的引力作用加以证明。

通过天文数据的观测以及计算模拟,科学家们发现,宇宙中暗物质的存在是为了解释宇宙的质量能够维持在当前的状态。

暗物质与普通物质不同的是,它是由一种或多种粒子组成的,而这些粒子并不会相互作用,也不会发出或吸收光子,因此无法直接被观测到。

暗物质在宇宙中的存在对宇宙学的研究产生了深远的影响。

科学家们通过计算模拟与观测推断,大约有超过85%的宇宙物质是由暗物质组成的。

暗物质作为宇宙中最主要的构成成分之一,是推动宇宙学领域更深入的研究和建模的基础。

那么暗物质究竟是什么样的粒子呢?科学家们提出了许多关于暗物质可能组成的假说,例如WIMP,也就是弱互作用粒子,以及AXION。

现今,科学家们正在实验中更加努力地寻找这些粒子,探索它们的性质,以更好地理解暗物质的本质。

除了暗物质,宇宙学研究中还有另一个概念,那就是暗能量。

暗能量是指充满整个宇宙的一种奇异能量,对宇宙的加速膨胀有极大的影响力。

暗能量也是一种抽象的概念,然而却在宇宙学中发挥着举足轻重的作用。

暗能量的存在是为了解释一项神秘的宇宙学现象:宇宙的膨胀速度在加速。

科学家们通过观测到宇宙微波背景辐射和星系的测量数据,得到了一个神秘和困扰了科学家们多年的结果:宇宙正在加速膨胀。

这个结果对于宇宙学研究的进展来说至关重要,同时也引起了科学家们的广泛兴趣。

暗能量对宇宙学的探索和研究非常重要,它不仅可以解释宇宙的加速膨胀,也可以帮助我们更好地理解宇宙的起源和演化。

宇宙黑暗能量;揭开宇宙最大的谜团(宇宙 黑暗)

宇宙黑暗能量;揭开宇宙最大的谜团(宇宙 黑暗)

宇宙黑暗能量;揭开宇宙最大的谜团
宇宙黑暗能量是目前宇宙学领域最大的谜团之一,也是科学家们正在探索的最重要的问题之一。

它是一种神秘的力量,被认为是导致宇宙膨胀加速的原因。

在20世纪90年代,科学家对宇宙膨胀的研究发现了一个意想不到的结果:宇宙膨胀的速度正在加速,而非减缓或保持不变。

这个发现颠覆了以往对宇宙演化的理解,使得科学家们重新思考宇宙的本质。

为了解释这个加速膨胀的现象,科学家们提出了很多理论。

其中一个最有影响力的理论就是“暗能量”,也称为“宇宙常数”。

暗能量是一种神秘的能量形式,它填满了整个宇宙,并且具有压力,驱动着宇宙加速膨胀。

然而,科学家们对暗能量的了解仍然非常有限。

它的来源和性质都是未知的。

一些理论认为,暗能量可能是由一种新的场产生的,这种场被称为“暗能量场”。

另一些理论认为,暗能量可能是由宇宙真空的量子涨落产生的。

无论是哪种理论,暗能量都是一种极其弱小的力量,其能量密度只有宇宙总能量的约70%左右。

然而,正是这种微小的力量驱动着宇宙的加速膨胀,成为了宇宙学领域最大的谜团之一。

为了更好地理解暗能量,科学家们正在进行着各种实验和观测。

例如,欧洲空间局的“欧洲暗能量天文台”(Euclid)计划将观察数百万个星系,以测量宇宙的大尺度结构和暗能量的性质。

此外,美国太空局的“詹姆斯·韦伯太空望远镜”(JWST)也将使用红移光谱来研究暗能量。

虽然暗能量仍然是一个未解之谜,但随着科学技术的不断发展,相信我们会逐渐揭开这个神秘的面纱,更好地理解宇宙的本质和演化。

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S. Weinberg, RMP (1989)
2, Dynamical dark energyw 0
Quintessence: L 1 ()2 V ()
2
w
1/ 1/
2 2
2 2
V V
1 w 1
meff V ' ' () H0 ~ 1033 eV Flat potential
Phantom: L 1 ()2 V () w 1
2, propagates spin-dependent force, short range, much weaker constraint from astrophysics
M 1010GeV PDG(2002)
Violates Lorentz and CPT symmetry because
1, direct coupling
c
M
L( , F F
, G G
,...)
m 1033eV
A. Long range force
c 10 4 ( M ) Constrained tightly! S.M. Carroll, PRL(1998) M pl
B. Instability under quantum corrections
direct coupling: L( , F F ,G G ,...)
propagates long range force, spoils the flatness of the potential of dark
energy
derivative coupling: O ( , F ,G ,...)
Sakharov conditions for baryogenesis: • Baryon number non-conserving interaction • C and CP violations • Departure from thermal equilibrium
Precondition: CPT is conserved!
L
c M
J
i
This CPT violation can be observed by CMB polarization experiments!
The full lagrangian of photons
The action integral is gauge invariant.
Geometric Optics Approximation
Status: 1) Cosmological constant fits data well; 2) Dynamical model not ruled out; 3) Best fit value of equation of state:
slightly w across -1 Quintom model
Comments:
1, The electroweak Sphaleron violates B+L and will make TD
as low as 100GeV, M should be 1010GeV Kuzmin, Rubakov&Shaposhnikov,PLB(1985)
2, If M is higher, e.g., GUT scale or Planck mass scale, the generated baryon number asymmetry would be very small compared with the observation.
Adiabatic or isothermal:
(nX
/
s)
0, nX
nX
s n
s n
Isocurvature or entropy: (nX / s) 0
In our case nB
s
The fluctuation of the dark energy scalar field will induce a nonzero baryon isocurvature perturbation
V () f () exp( )
M pl
Albrecht & Skordis, PRL(2000)
Copeland, Liddle & Wands, PRD(1998).
g gs 100 , gb 2
102 , 2 100
Bean, Hansen & Melchiorri, PRD(2001); Doran & Robbers, JCAP(2006)
Sphaleron conserves B-L and converts B-L asymmetry generated above to a same order of baryon number asymmetry.
M M planck ,TD ~ 1010GeV
Baryon isocurvature perturbation
a 4G ( 3 p) 0
a3
w p / 1/ 3
Negative pressure
Candidates:
1, Cosmological constant
T g w p / 1
Cosmological constant problem!
~ (103eV )4 ~ 10123m4pl
3, In this case, we turn to leptogenesis
The Model
Mingzhe Li, Jun-Qing Xia, Hong Li, Xinmin Zhang, PLB (2007)
L
c M
J
i
nBL ~ 102 TD
s
M
TD the decoupling temperature of B-L violating interaction.
………
It is important to determine w of DE by cosmological observations!
Parameterization of equation of state: A) w=w_0+w_1 z (for small z) B) w=w_0+w_1 z / (1+z) (used mostly in the literature) C) w=w_0+w_1 sin(w_2 ln(a)+w_3)
Current constraint on the equation of state of dark energy
Quintom A
Quintessence
phantom
Quintom B
WMAP5 result E. Komatsu et al., arXiv:0803.0547
Xia, Li, Zhao, Zhang, PRD(2008)
暗能量和宇宙学CPT破坏
李明哲 南京大学物理系 粒子-核-宇宙学联合研究中心
Outline
1, Brief review on dark energy models, cosmological constant or dynamical dark energy, current status
2, Interacting dark energy:
Cohen & Kaplan, PLB(1987)
Interacting dark energy and baryogenesis A unified picture of matter-antimatter asymmetry and dark energy!
Quintessence model with tracking solution
2
K-essence: L L(,) w 1, w 1
Cannot cross -1, no-go theorem
Feng, Wang & Zhang, PLB(2005);Vikman, PRD(2005);Zhao, Xia, Li, Feng & Zhang, PRD(2005); Xia, Cai, Qiu, Zhao &Zhang, IJMPD(2008)
Basic equations:
Polarization and Stokes parameters
At the inertial frame
I→ intensity Q&U→ linear polarization V→ circular polarization
Q iU Q2 U 2 e2i
The quintessence model with potential V () f () exp( )
M pl
1/ 2[C1J (k) C2 J (k )]
(
nB nB
)isocurvature
H in M planck
10 5
Consistent with the observations!
Quintom:
w crosses -1
L
1 2
(1)2
1 2
(2
)2
V
(1,2 )
L
1 2
( )2
c M
2
( 2 )2
V
( )
Feng, Wang & Zhang, PLB(2005) Li, Feng & Zhang, JCAP(2005)
L V () 1 ' '2 Cai,Li,Lu,Piao,Qiu&Zhang, PLB(2007)
Interacting Dark Energy
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