博士论文综述部分:Bookdown , 全文:PDF

综述内容主要包括:

1. 宇宙学模型

  • 标准宇宙学模型:基于广义相对论和宇宙学原理,描述了均匀且各向同性的宇宙结构。该模型认为,宇宙主要由暗能量(约占69%)、冷暗物质(约占26%)和普通物质(约占5%)组成。然而,这一模型面临宇宙学常数等问题的挑战。

  • 非标准宇宙学模型:为了解决标准模型的不足,提出了多种非标准模型,如Quintessence模型、K-essence模型、Phantom模型、Quintom模型、f(R)理论和DGP模型等。这些模型试图解释暗能量的性质、宇宙加速膨胀的机制以及大尺度结构的形成等问题。

2. 宇宙学观测

  • 宇宙学距离、本动速度与红移:介绍了宇宙学距离、本动速度、宇宙学红的概念及三者的联系。

  • 宇宙学探针:讨论了多种观测工具和方法,如微波背景辐射、重子声波震荡、及红移畸变,用于研究宇宙的组成、演化和结构。这些探针为精确宇宙学提供了重要数据支持。

3. 结构增长

  • 扰动理论:阐述了宇宙初期微小密度扰动如何在引力作用下增长,形成大尺度结构的理论基础。

  • N体数值模拟与非线性结构形成:介绍了利用数值模拟研究宇宙结构形成的进展,特别是在非线性阶段,如何通过模拟研究星系、星系团等结构的形成和演化。

4. 非标准宇宙学模型

详细探讨了多种非标准宇宙学模型,包括:

  • Quintessence模型:假设暗能量是动态的,具有时间和空间变化的性质。

  • K-essence模型:提出一种具有非标准动力学的标量场,解释宇宙加速膨胀。

  • Phantom模型:假设暗能量的状态方程参数小于-1,导致宇宙加速膨胀的速率不断增加。

  • Quintom模型:结合了Quintessence和Phantom模型的特性,允许暗能量的状态方程参数跨越-1。

  • f(R)理论:通过修改引力场方程中的标量曲率项,研究引力的修正效应对宇宙学的影响。

  • DGP模型:提出在高维空间中,宇宙的加速膨胀可以通过引力泄漏到额外维度来解释。

5. 更多宇宙学探针

  • 弱引力透镜:研究大尺度结构对背景光源的引力透镜效应,提供关于宇宙物质分布和演化的重要信息。

  • Ia型超新星:作为标准烛光,Ia型超新星用于测量宇宙的膨胀历史,揭示宇宙加速膨胀的证据。

  • 引力波:探讨引力波作为宇宙学探针的潜力,如何通过观测引力波事件来研究宇宙的起源和演化。