宇宙学中标量场一般特性的研究

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本文主要介绍标量场暗能量模型、标量场暴涨模型以及非最小耦合标量场模型。在一类具有追踪解的标量场模型中,不管标量场φ的初始条件如何变化,标量场都会趋于一个追踪解,且wφ和Ωφ之间存在一定普适的关系。利用追踪解的性质,一大类标量场的特性可以通过参数化其状态方程得到,目前采用最多的是两参数的CPL模型。我们通过研究慢滚标量场的性质,推导出了CPL参数化模型及其中状态方程参数w0和wa之间的简并关系。所得到的近似解析表达式不但能够很好的体现标量场的动力学性质,而且打破了w0,wa,Ωm0之间的简并关系。基于这些简并关系我们提出了两个动力学模型:SSLCPL与SSWCPL模型,并用最新的观测数据对这两个模型进行拟合。发现了如下结果:(1)这两个模型都与观测结果吻合;(2)w0和wa之间的简并关系对?m0的限制作用很小;(3)这些简并关系将w0的1σ误差降低了30%。  在ΛCDM模型中,Planck的最新结果得到了更小的哈勃常数H0和比较大的物质能量密度比重Ωm0,这一结果与其他直接测量结果存在一定的不兼容性。我们通过对不同动力学模型的拟合,探究不同观测数据对哈勃常数H0的限制是否是模型依赖的。我们通过对两个不同动力学模型拟合发现,不同数据之间并不存在矛盾,对不同动力学模型拟合得到的哈勃常数H0的数值几乎都是不变的,而且当哈勃常数H0的误差棒降低到1左右时,Planck数据拟合的结果与其他直接测量的结果依然存在不兼容性。所以我们提出哈勃常数H0拟合结果的不兼容性不是由于拟合模型引起的。  在标量场暴涨模型中,通过对单标量场势函数的分析,得到一类标量场的谱指数ns和张标比r可以用暴涨膨胀的e指数数目N来表示,即可以得到ns(N),r(N)。利用ns参数化可以重构一类具有类似性质的势函数。我们利用ns(N),∈(N),φ(N)的参数化,结合观测数据限制参数化模型中的参数范围,重构出相对应的势函数。然后我们分析了几种简单的单标量场势函数,结果表明单标量场暴涨模型很难同时满足r~0.2且n’s~-0.01。我们还提出了修改的Lyth约束Δφ/Mpl>√r/2,这个约束同样适用于非慢滚暴涨模型。发现限制暴涨子能标的Lyth约束可以降到更低,即使r达到0.1的量级也可以存在Δφ
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