动力学黑洞的理论研究和极早期宇宙模型的观测检验

本项目的研究内容分两部分：动力学黑洞的理论研究和极早期宇宙模型的观测检验。黑洞物理和宇宙学在科学研究中有着重要的意义，它们可以帮助人们发现新的物理规律、新的基本概念，例如，Jacobson用黑洞热力学的方法推导出了爱因斯坦场方程，今年1月份Verlinde又用类似的想法研究引力的起源；而早期宇宙，天然地将宇观尺度和微观尺度的物理结合了起来，因此，人们预期对宇宙极早期阶段物理过程的研究，有可能是通向统一所有微观物理规律的正确道路。本项目在动力学黑洞方面的研究着重于动力学黑洞的量子效应、视界和全息原理匹配的条件以及半经典近似在弯曲时空中的有效性等方面；对极早期宇宙模型的观测检验，主要关注下一代的微波背景辐射观测器（如Planck卫星）和各种引力波探测器等，来研究宇宙暴涨模型的检验，宇宙原初扰动谱演化行为以及宇宙原初引力波谱演化行为的观测检验等。

1.系统地研究了Horava-Lifshitz理论中的黑洞，建议视界被定义为无质量试验粒子的无限红移面。由于洛伦兹对称性在高能被破坏，试验粒子不走测地线。所以，广义相对论和Horava-Lifshitz理论中黑洞的因果结构之间有显著差异。特别是，视界半径一般地取决于试验粒子的能量。对于球对称静态真空解，发现若试验粒子能量充分高,黑洞视界半径就很小，原则上，如果观察者发出的光线携带无限大的能量时，可以看到奇点。.2.给出了黑洞附近的精确似正模， 特别是这个结果可以在实验室中用类黑洞进行模拟,为实验研究黑洞视界的性质提供了一种可能。.3.研究了极端黑洞的量子熵，表明它满足热力学第三定律，特别是外事件视界对极端黑洞熵的贡献是负值。.4.讨论未来的微波背景辐射观测对于区分各种暴胀模型的能力。 发现经典的单场暴胀、幽灵场暴胀和势能主导的伽利略场暴胀模型，自洽性关系的检验是非常困难的。.5.针对CMB的大暗斑研究了它的局域性质。为此定义了四个局域检测量：平均温度，方差，skewness和kurtosis。发现CMB的大暗斑是一个大尺度的非高斯结构，而不是一些小的非高斯结构的综合效应。并且cosmictexture可以很好地解释这些局域非高斯性。.6.通过研究目前的PPTA,EPTA, NANOGrav.等观测结构，对宇宙原初引力波的谱指数作出了一定的限制。并且还把该工作推广到了我国正在建设的FAST计划以及SKA计划未来对原初引力波的探测能力。研究发现，所有这些计划只有可能探测到蓝谱的原初引力波，它对应的是鬼场的暴胀模型。.7.利用CosmoMC数据包，重新分析了WMAP7 数据，发现残余引力波的迹象仍然存在。.8.在量子引力的 Horava-Lifshitz 理论中，研究了原初引力波的演化。发现由于宇称破坏和非绝热演化，一个大的原初引力波极化是可能的，它可以在未来的宇宙微波背景观测中检验。.9.系统地研究了Horava-Lifshitz引力理论。几个主要的具有挑战性的问题：鬼场、不稳定和强耦合等得到解决。.10.在Horava-Lifshitz理论中研究了具有U(1)对称性的暴胀模型，发现张量微扰谱指数和广义相对论给出的相同，而标量谱指数一般依赖于耦合常数，不同于标准的广义相对论值。标量、张量功率谱比率依赖于高阶空间导数项。