暴胀宇宙学和暗能量的理论研究与数据分析

通过实验观测和分析，人们发现宇宙在演化的历史中发生了两次加速膨胀。第一次发生在宇宙大爆炸之前，被称为暴胀宇宙时期。期间，宇宙由暴胀场来推动其加速膨胀，同时时空和场的量子扰动演化成了经典扰动，继而成为了星系、星系团等大尺度结构形成的种子。最新的观测表明，这种原初扰动有可能有较大的非高斯性，这就意味着扰动的统计性质更加丰富。第二次加速膨胀大概发生在现在，宇宙由一种被称为暗能量的不明物质推动加速，但人们尚不清楚什么是暗能量。在本项目中，我们的研究将主要包括两个方面，一是对原初扰动谱及其非高斯性产生的原因和机制开展更进一步的研究，并通过实验数据拟合来检测理论模型的正确性；另一方面是针对暗能量的研究，主要是利用最新的各种观测数据，包括超新星、伽马爆、弱引力透镜等实验，对暗能量模型进行检测。同时，我们还将把自行设计和搭建的基于集群构架的并行计算网络系统进一步扩展，使之能够用于数值计算和数据拟合。

宇宙学在最近的十余年中，得到了迅速的发展，人们对宇宙的探索与了解也更加深入和细致了。在本项目中，我们研究了暗能量及其扰动理论；宇宙暴涨模型特及其扰动模式，别是对张量扰动模式做了充分的研究，这也是当前宇宙学中出现的新热点问题，也是一个非常重要的问题；其次，我们还研究了一类真空能效应，还改进了计算机集群系统，修改了部分算法和代码，使得计算能力大幅提高。随着研究工作的进行，我们得到了一系列的成果，发表SCI论文10篇，其中包括：提出了一类新的参数化方案，使得暗能量模型更好地符合实验观测结果，同时克服了之前许多方案的不足之处；研究了暗能量的扰动对宇宙微波背景辐射的影响，包括ISW效应，期望未来的数据能够根据这个效应来区分不同的模型，甚至排除一些模型；提出了一种新的全局动力学分析方法，该方法在对宇宙演化的不可求精确解的情形下非常有用，其好处是克服了之前局部动力学分析的不足之处，并且能够肯定得回答一些问题，比如，不同的初始条件下，宇宙最终会演化到哪个稳定的临界状态；在研究原初扰动张量模式的时候，我们引入了宇宙学常数以及它与暴涨场之间的相互作用，计算表明，在这个模型中，不仅仅能够获得比较大的张量扰动，而且能够得到比较大的标量跑动谱指数，这是之前的研究几乎无法做到的，另外，我们还探讨了其他一些暴涨模型。更有甚者，通过这样一种相互作用，困扰已久的宇宙学常数的精细调节问题得到了极大的缓解。此外，我们还培养了4名硕士研究生，参加了国内外的学术会议，并在会议上与同行专家们进行了广泛的交流。