暗能量和极早期宇宙的理论研究

当前，结合各种精确的宇宙学观测数据，人们正在努力构建一个新的宇宙学标准模型，这个新模型的关键部分是关于暗能量、暗物质和极早期宇宙的理论。然而，由于缺乏一个完整的量子引力的理论，暗能量的物理本性和起源以及早期宇宙物理（如暴胀理论）的一些关键细节都还是未解之谜。对暗能量和极早期宇宙的研究很可能会带来对量子引力理论的深刻理解。本课题试图通过研究暗能量和早期宇宙来寻找量子引力的线索。在理论上研究各种可能性，提出理论模型，并研究模型的可用观测检验的特征。另一方面，结合超新星、宇宙微波背景辐射以及大尺度结构等观测数据，对暗能量和早期宇宙的各种理论模型进行检验，尽可能从观测角度排除掉一些可能性，并对存活下来的理论模型进行进一步的模型参数限制。本项目的特色是，将理论研究和观测数据分析两方面结合起来，对现代宇宙学的几个核心问题进行尝试性探索。

本项目按照研究计划对暗能量、暗物质以及早期宇宙的暴胀模型等宇宙学前沿问题进行了研究，并取得了一系列研究成果。研究的主要内容包括：全息暗能量的理论问题、相互作用全息暗能量模型的研究、暗能量模型中的宇宙年龄问题、全息Ricci 暗能量模型和agegraphic暗能量模型的研究、弱引力猜测对标量场暗能量模型的理论限制、暗能量的无发散参数化与中微子质量、暗能量与宇宙的命运、相互作用暗能量的唯象研究、暗能量模型的比较研究等。在对上述问题的研究中取得一系列成果，在国际高水平SCI刊物上发表研究论文20篇，被国内外同行学者大量引用。取得的主要研究成果包括：(1)指出全息暗能量的幽灵行为会破坏它的理论基础，并通过考虑额外维效应对全息暗能量模型进行完善，消除了理论的不自洽性以及模型中存在的大撕裂奇点，得到了一个全新的全息循环宇宙模型，即宇宙起始于一次暴胀，终止于另外一次暴胀。(2)利用观测数据对全息暗能量的各种版本进行比较，利用贝叶斯证据作为模型选择判据对三个全息模型进行统一分析对比，结果表明，当前的观测数据更倾向于支持以事件视界作为红外截断的全息暗能量模型。该工作对全息暗能量的研究有重要促进，并引起了国内外同领域研究者的高度重视。(3)利用观测数据对流行的暗能量模型进行统一的参数限制，并用信息判据作为评估手段对暗能量模型进行统一比较，结果表明，宇宙学常数模型是和观测数据符合最好的模型，而有几种模型倾向于被当前的观测数据所排除。该工作发表后引起了一些国际反响，美国科学促进会的媒体平台对这项工作进行了报道，多家欧美科技媒体也进行了广泛报道。(4)提出新的暗能量参数化方法；提出相互作用暗能量的跑动耦合模型。