大N宇宙学的理论研究及观测检验

暴涨宇宙模型已经为越来越多的观测所支持。随着观测数据的不断增多，暴涨宇宙相关的早期宇宙模型的理论研究和观测检验就显得尤为重要，已经成为当前国际上关注的热点。.无论是在粒子物理还是弦理论中，许多个动力学场的出现是很自然的，这种情况下人们很难认为相应的宇宙学演化仅仅是由一个场驱动的，这动机了大N宇宙学。.此项目中申请者将研究大Ｎ宇宙学及其观测检验。大N暴涨模型有助于解决单场暴涨的问题，这使人们意识到了大Ｎ应用于宇宙学的优势和价值。原则上，早期宇宙的所有相关的演化都应该有大N参与的效应，例如，反弹模型、重加热等，此外大N一般地与Planck标度的重整有关，某种意义上，这或许体现了大N与物理学基本问题的联系，因此对这些问题的深入探索将带给我们对于相关领域的物理问题的新的理解。

暴胀宇宙学一直是早期宇宙研究的热点。本项目主要结合粒子物理和超弦理论，来研究大N场暴胀模型相关的早期宇宙模型构造、原初扰动的起源等。我们研究了一个多阶梯势的暴胀模型，发现这个模型中原初扰动有阶梯类或“长城”类的谱结构，这样一个具有多局域震荡的功率谱或许能够更好地满足观测；我们证明在永恒暴胀背景下，可观测宇宙可以起源于一个能量标度很低的真空，这个模型被称为岛宇宙模型，这是指在永恒暴胀海中一个局域高能的热大爆炸宇宙；我们研究了缓慢膨胀宇宙模型的一个Galileon场实现，这个模型可以给出标度不变的原初谱，是暴胀的可替代模型之一；我们指出Planck卫星观测到原初扰动在大角尺度上的反常或许是暴胀之前宇宙物理的一个暗示，我们发展了我们十年前提出的反弹暴胀模型，即宇宙在暴胀前有个收缩阶段，我们证明在这个模型中原初扰动谱在大角尺度上有个截断，因此可以解释宇宙微波背景涨落的反常。这些工作从不同的侧面深化了人们对于暴胀和早期宇宙相关的物理问题的理解。