标量场暗能量的一般特性

Planck data and the updated type Ia supernova data suppport the cosmological constant as a candidate of dark energy, but these observational data do not exclude the possiblity of the existence of dynamical dark energy. They tell us that the difference between dynamical dark energy and cosmological constant is small and it becomes difficult to distinguish them. Fortunately, when the behavior of dynaimcal dark energy is close to cosmoloigcal constant, they have some general properties which are independent of intitial conditions and these properties can help us distinguish dynamical dark energy models from cosmological constant. We are going to find these general properties and study how to use these properties.In particular, we hope these general properties can be used to reconstruct the potential of the dynamical dark energy and help the design of future dark energy experiments.

Planck卫星数据及最新的超新星数据都支持宇宙学常数，但这并不排除动力学暗能量模型的可能性，只是动力学模型和宇宙学常数的差异更小，这也为区分动力学模型提出了更大的挑战。当动力学模型接近宇宙学常数时，它们将具有一些和初始条件无关的普遍特性，本项目主要是寻找及研究这些普遍特性及如何利用这些普遍特性来帮助区分其与宇宙学常数的差别，特别是为利用这些普遍性质来重构暗能量的势能函数及帮助设计将来的暗能量实验。

驱动宇宙加速膨胀可以是宇宙学常数，具有动力学演化的标量场或者修改引力。标量场既可以用来解释宇宙早期加速膨胀即暴涨，也可以用来解释宇宙现在的加速膨胀，标量-张量引力中的标量场也可以用来驱动宇宙加速膨胀，高阶非线性修改引力如f(R)引力理论可以等价为标量-张量引力理论，所以研究标量场作为宇宙加速膨胀的机制是理解引力本质的一种重要手段。大量的宇宙学观测数据，如宇宙微波背景各向异性观测，宇宙大尺度巡天数据，超新星数据等为研究标量场的特性及引力本质提供了强有力的支撑。引力波的发现则为我们研究标量场特性及引力本质打开了一扇全新的窗口。本项目结合这些观测数据研究了追踪解及瓦解解的一般特性，并利用这些特性得到了暗能量最常用的CPL参数化中的两个参数之间的关系及其限制。同时我们还研究了暴涨模型的吸引子解及其势函数的重构等问题，修改引力理论中的引力波偏振态及利用引力波偏振信息探究引力本质等问题。主要结果为：（1）提出利用极慢滚暴涨模型产生与观测数据相吻合的原初黑洞及可被将来的脉冲星计时阵列及空间引力波探测器检验的次级引力波信号的机制；（2）更加精确地计算了动能项非最小耦合暴涨模型的原初功率谱并利用包括引力波数据在内的观测数据对一般标量-张量引力理论进行了限制；（3）对于有质量标量引力（更一般地，标量自由度传播速度非光速情况），我们发现横向呼吸偏振态与纯纵向偏振态同时存在，它们构成一个混合偏振态。当引力子质量为零时（更一般地，标量自由度传播速度为光速时），这个混合偏振态退化成横向呼吸偏振态。这为检验引力本质提供了重要依据；（4）提出了更一般的暴涨吸引子机制及其对实验观测的挑战；（5）提出了利用慢滚参数之间的关系及对观测结果直接进行参数化来重构势函数的方法。这些结果将有助于对于引力本质的理解。