现代宇宙学中若干问题的研究

论文摘要

现代宇宙学的主要研究目标是时空的大尺度结构和宇宙的演化。在本论文中,我们首先回顾了现代宇宙学从20 世纪初到现在的发展历程,然后综述了重要的天文观测,例如星系红移,宇宙微波背景（CMB）辐射等, 这些天文观测的结果证实了宇宙学的理论基础。接着我们综述了现代宇宙学的标准模型-Friedmann 宇宙模型。该模型是建立在广义相对论的基础上,遵从了宇宙学原理,构造了宇宙的演化方式。同时,也总结了标准模型中的一些基本问题,并且介绍了已经被广为接受的早期宇宙的暴涨模型。对于当前宇宙学所面临的宇宙学常数问题,提出了一种新的解释。在该解释中,我们考虑了一个存在额外维的时空,并将该时空的引力作用量中导出的4维时空和额外的空间维度之间的作用项解释为宇宙学常数,不仅给出了合理的宇宙学常数的来源,对于一个存在3 个额外维度的简单的模型计算表明,这种解释可以得到一个和实验观测相一致的宇宙学常数。另一方面,这样的解释也和最近在超弦理论中提出的可能存在无限大维度的思想相一致。考虑一个一般的n 维时空,导出了有额外维度贡献的新Friedmann 方程,并在继续考虑宇宙学常数的基础上,得到了一个联系额外维度尺度和普通3 维空间尺度的方程,在考虑没有物质的情况下,得到了3 维空间标度因子和额外维空间标度因子的解。在将通常的宇宙学参数用额外维度的标度因子表示后,讨论了这些参数的取值,从而得出和观测相一致的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 History of Cosmology
• 1.2 The Universe Observed
• 1.3 The Outline of This Paper
• Chapter 2 Standard Cosmological Model
• 2.1 Cosmological principle and R-W metric
• 2.2 Friedmann Equation
• 2.3 The Evolution of Our Universe
• 2.4 Shortcomings of the Standard Cosmology Model
• 2.5 Inflationary Universe Scenario
• Chapter 3 Cosmological Constant Problem
• 3.1 History of Cosmological Constant Problem
• 3.2 N-dimensions Spacetime
• 3.3 Cosmological Constant from Extra 3-dimensions
• 3.4 Summary and Conclusion
• Chapter 4 Extra Dimensions and Cosmology
• 4.1 Idea of Extra Dimensions
• 4.2 The New Friedmann Equation
• 4.3 Relation Between General Dimensions and Extra Dimensions
• 4.4 Evolution of Extra Dimensions
• 4.5 Discussion
• 4.6 Summary
• Chapter 5 Conclusion and Outlook
• Reference
• Acknowledgment