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构成宇宙万物的最小粒子是什么?自然界中存在着哪些力,它们之间如何相互作用? #15

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【作者】 杨维强;

【导师】 吴亚波;

【作者基本信息】 辽宁师范大学, 理论物理, 2011, 硕士

【摘要】 近些年来出现了大量的而且越来越精确的天文观测数据,这对于宇宙学的研究给予了巨大的支持。按照Ia型超新星的观测数据,我们了解到当今宇宙处于加速膨胀阶段,当然微波背景辐射能谱的观测和大尺度结构也能够证明这一观点。之后围绕着怎样从理论上解释宇宙当今加速膨胀现象,人们提出的方法分为两大类。

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第一类是修正爱因斯坦-希尔伯特作用量,即引力修正理论。第二类是认为在宇宙中均匀分布着一种新的、具有负压强的成分,即暗能量。本文首先介绍了宇宙学的理论基础,包括标准宇宙学模型、暴胀理论,之后为了解释当今宇宙的加速膨胀,介绍了几种常见的暗能量模型。本文主要从两个方面入手,对当今宇宙的加速膨胀问题进行理论研究。首先,将全息暗能量作为修正的Chaplygin气体(MCG)模型的暗能量成分,并且考虑宇宙中含有重子物质,而且暗物质和全息暗能量之间有相互作用。

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给出了宇宙学量(密度参数、态参数、减速参数)的演化曲线,图像告诉该模型的演化是从减速到加速膨胀的,可以解释加速膨胀,态参数可以穿越-1,并且各宇宙学量的今天值也和当今观测数据吻合的比较好,之后对模型进行了几何诊断,具体包括s-r图、q-r图和ω-ω’图,通过图像我们不仅看到全息常数c和相互作用常数b对模型的演化起着非常重要的影响,而且也看到该模型和LCDM模型的差别。而且,本文也对模型做了Om诊断,通过图像展示出HDE模型和LCDM模型的区别。然后,通过在Brans-Dicke宇宙学中,推广前人的工作到新的全息暗能量(NHDE)模型中。具体的,在非平直的Brans-Dicke宇宙中建立了NHDE模型和Quintessence, Tachyon, K-essence, Dilaton, CG模型的对应。

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夸克等是比质子和中子等亚原子粒子更基本的物质组成单位,夸克等组成了质子和中子,中子和质子又形成原子核,最终产生原子以及今天的宇宙万物。现有的物理学理论还认为,自然界中存在引力、电磁力、强作用力和弱作用力等4种力。其中,夸克通过强作用力组成质子和中子,而这种强作用力主要通过另一种名为胶子的基本粒子来传递。

但物理学家们在研究夸克时也发现了一个奇怪的现象,那就是从没有发现过自由的单个夸克,只有2个或3个夸克的集合体才能处于自由状态,通常情况下夸克总是被约束在质子和中子内部。获得今年诺贝尔物理学奖的格罗斯、波利策和维尔切克提出的“渐近自由”理论,为此提供了解释。 
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强作用力会随着夸克彼此间距离的增加而增大,因此没有夸克可以从原子核中向外迁移,获得真正的自由。通俗地说,这一现象有点像拉一根具有弹性的橡皮筋:橡皮筋拉得越长,其产生的力量越大,人拉起来也更为费劲。同样根据“渐近自由”理论,强作用力会随着夸克间距离的变小而减弱,这意味着,约束在质子等内部的夸克在彼此距离足够小时将近乎自由地进行运动。

为了描述夸克间的强相互作用力,物理学家们创立了量子色动力学。量子色动力学理论认为,与电子带有电荷类似,夸克和胶子带有色荷,基于色荷的色力或者强作用力,具有比电磁力更为复杂的作用方式和更为奇特的现象,“渐近自由”就是一个明显例子。 
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【作者】 苏文杰;

【导师】 颜骏;

【作者基本信息】 四川师范大学, 粒子物理与原子核物理, 2012, 硕士

【摘要】 本文对暗能量宇宙与暗能量天体的物理性质进行了研究。第一章简要介绍了宇宙加速膨胀的观测和暗能量宇宙模型;第二章推导了广义相对论与宇宙学的基本方程;第三章讨论了具有奇异物质与暗能量作用的四维宇宙模型;第四章建立了衰减真空能模型,综合考虑了物质、标量场和衰减真空能的贡献;第五章研究了原初氦丰度的修正经典模型,并计算了氦丰度的观测值对早期宇宙中暗能量和高能光子的约束;第六章研究了暗能量和费米物质耦合的sine-Gordon孤子星模型,分析了星体中心暗能量达到稳定状态所满足的条件;第七章获得了Chern-Simons规范场耦合的(2+1)维引力模型中的黑洞解,计算了电磁场流密度的渐近分布参量。

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获奖的3位科学家发现的“渐近自由”现象,不仅深刻地改变了科学家们对自然界基本作用力作用方式的理解,为量子色动力学理论奠定了基础,使完善粒子物理学标准模型成为可能,而且也让科学家向实现对自然界4种力进行统一描述的宏大梦想更进了一步。评委们把3位美国科学家的成就称为“夸克世界中的一个多彩发现”,认为他们的发现有助于解释为什么夸克只有在极高能量下才会表现出近乎自由的状态。

另外,一些专家也指出,通过了解夸克间相互作用力的性质,就有可能找到打开自由夸克的办法。如果能够合理利用夸克内部的强作用能,那么人类就有可能获得比核能还要大得多的能量,相关研究将有很大的应用潜力。(新华社记者毛磊 张小军 颜亮)
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具有创新性的工作如下:1、采用试探解的方法讨论了具有奇异物质与暗能量作用的四维宇宙模型。2、首次发现了衰减真空能模型中在减速和加速膨胀阶段的精确宇宙解,采用186个Ia型超新星的视星等-红移观测数据,给出了各种宇宙学参量的数值,计算出了这两个阶段的宇宙年龄。此外,在具有扰动的情况下,对该模型中的物理参量进行了分析和讨论。3、根据氦丰度的观测值给出了早期宇宙中暗能量和高能光子的约束范围。4、研究了Brans-Dicke标量场和凝聚费米对混合的sine-Gordon孤子星模型。结果表明,当耦合系数满足一定约束条件时,星体中心的暗能量可达到稳定状态。5、分析了Chern-Simons规范场作用的(2+1)维引力的物理性质,得到了具有暗能量鬼场耦合的一种新的黑洞解,另外,还计算了电磁场的渐近分布指数。 更多还原

【关键词】 宇宙加速膨胀; 暗能量; sine-Gordon孤子星; 黑洞;

【文内图片】

【网络出版投稿人】 四川师范大学 【分类号】P159;P145.9 【下载频次】71 攻读期成果

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利用引力场理论对网络传输过程中节点激发的引力场进行了描述,建立了节点的引力场方程,引入α和γ两个参数,用于调节数据传输对节点畅通程度、节点传输能力和路径长度的依赖程度.基于节点的引力场,提出了一种高效的路由选择算法,该算法下数据包将沿着所受路径引力最大的方向进行传递.为检验算法的有效性,引入有序状态参数η,利用其由自由流到拥塞态的指标流量相变值度量网络的吞吐量,并通过节点的介中心值B分析网络的传输性能和拥塞分布.针对算法在不同α,γ取值条件下的路由情况进行了仿真.仿真结果显示,与传统最短路由算法相比,本文算法将网络传输能力提高了数倍,有效地均衡了节点的介中心值分布,传输路径平均长度Lavg随负载量R的增加表现出先增后减的变化趋势,而参数α与γ值的变化对网络传输能力几乎没有影响,说明本文路由算法的性能不依赖于α与γ,对于可行域内任意的α与γ,算法都能保证网络传输能力近似相等. 更多还原

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分析大量文献,基于量子力学和相对论力学理论,根据银心"黑洞"等观测结果,提出暗星("黑洞")-夸克星可能是宇宙中数倍于可见物质的暗物质的主要形态;基于琼斯假说的宇宙早期神秘的"消电离作用"作用及暗物质晕假说存在的问题,提出±e/3的夸克通过长距电磁作用与短程强相互作用构成的原始夸克星是宇宙早期的暗物质星体,其碰撞是产生恒星等可见物质之源,漩涡星系碰撞并合为一个椭圆星系可佐证之;已在γ暴941017的余晖中观测到的0.1TeV超高能γ光子,因其波长与0.1飞米级的夸克之径相符,亦佐证夸克星的暗物质星体假说。上述观点与宇宙微波背景、可见物质的元素丰度均无矛盾,但有待宇宙观测(宇宙极早期声子的探测以及2.7K是否存在于所假设的宇宙诞生之际原始夸克星形成可能释放的更高频率的辐射背景)证实或证伪。基于普朗克能标和上述宇宙学探讨的启示,提出±e/3的夸克可能是不能再分的基本粒子。 更多还原

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