宇宙中的暗组分最近观测宇宙学资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,宇宙学和理论物理中的,基本问题,李 淼,中国科学院理论物理研究所,2006,年全国博士生学术论坛，科学院研究生院,宇宙学和理论物理中的 李,1,宇宙学从一开始注定和理论物理联系在一起，我们可以,列举下面的一些例子：,爱因斯坦的广义相对论和宇宙学的开端。,核物理和宇宙学中轻元素合成。,宇宙学对中微子代数的限制。,暴涨宇宙论和量子场论的关系,宇宙学从一开始注定和理论物理联系在一起，我们可以,2,我们今天要讨论的问题都是理论物理中没有解决的问题：,1,）暗能量,2,） 暗物质,3,） 物质的起源（重子不对称的起源）,4）真空的选择,我们今天要讨论的问题都是理论物理中没有解决的问题：,3,宇宙中的暗组分,最近观测宇宙学资料，宇宙中暗能量占总能量的,74,，暗物质占,22,，物质仅占,4,。,宇宙中的暗组分最近观测宇宙学资料，宇宙中暗能量占总能量的74,4,1,）暗能量,暗能量的发现：,1998,年，两个研究,Ia,型超新星小组宣布发现暗能量,1）暗能,5,暗能量被认为是宇宙膨胀加速的原因。,Ia,型超新星就像路灯，它们看起来比过去的“标准宇宙学”预言的要更加远离我们：,暗能量被认为是宇宙膨胀加速的原因。Ia型超新星就像路灯，它们,6,暗能量的存在也得到其他宇宙学观测实验的支持：,微波背景辐射的功率谱,星系团的功率谱,弱引力透镜效应,实验室的直接测量？,暗能量的存在也得到其他宇宙学观测实验的支持：微波背景辐射的功,7,暗能量的性质？,1,）宇宙学常数（真空能）,2,）标量场的能量（,quitessence, phantom, ,）,3,）爱因斯坦广义相对论在大尺度上的修改,4,）密度不均匀性的结果,5,）,暗能量的性质？,8,暗能量理论上的两个基本问题,1,）暗能量为什么这么小，因为真空零点能的贡献和场论的截断有关，最通常的估计是,2,）暗能量为什么不为零，而且和暗物质密度差不多,（宇宙学巧合问题）。,上百个机制被提了出来，但没有一个得到公认。,暗能量问题基本上是一个量子引力的问题。,暗能量理论上的两个基本问题,9,目前存在的模型大致可以分为以下五类：,（,1,）超对称,/,超引力，超弦理论。,（,2,）人择原理,(anthropic principle),。,（,3,）调节机制。,（,4,）改变爱因斯坦引力理论。,（,5,）量子宇宙学。,最近出现第六类理论，就是所谓的全息暗能量理论。,目前存在的模型大致可以分为以下五类：,10,最后，我想说，,t Hooft2004,年在北京说的话也许是有先见之明的，就是，我们拥有的是100,wrong theories about dark energy.,我们研究暗能量正如盲人摸象,最后，我想说，t Hooft2004年在北京说的话也许是有,11,2,）暗物质,1933,年，,Zwicky,就提出了暗物质的概念。,1968,年，,Silk,（,Silk damping,密度涨落消失）,1974,年起，更多的观测证据,2）暗物,12,证据之一,证据之一,13,证据之二,弱引力透镜效应,证据之二,14,证据之三，,Silk damping.,证据之四，宇宙微波背景辐射,Boomerang+WMAP,25 %,暗物质，,5%,重子,证据之三，Silk damping.Boomerang+WM,15,暗物质的性质,1,）不发光,2,）今天还存在于星系和星系团中,3,）大爆炸发生后就存在，大于重子密度,4,）相互作用非常微弱,5,）不破坏核合成,暗物质的性质,16,暗物质到底是什么？,1,）不可见重子（有很多问题，不大可能）,2,）中微子，困难：不容易集团，质量需要大于,20ev,，,Sterile,中微子的可能性存在,3,）新粒子,处于平衡态的粒子：,neutralinos, Kaluza-Klein, ,处于非平衡态的粒子：,axions, gravitinos, ,暗物质到底是什么？,17,毫无疑问，要回答暗物质到底是什么的问题，我们不能仅仅依靠宇宙学观测。,明年就要完成建设的欧洲大型强子对撞机（,LHC）,很有可能发现暗物质粒子。,毫无疑问，要回答暗物质到底是什么的问题，我们不能仅仅依靠宇宙,18,3,）物质的起源,宇宙中有大约,4,的物质，但没有反物质。,物质的起源和正反物质不对称有关。,3）物质,19,Sakhanov,条件：,重子产生的条件,:,重子数不对称,CP,破坏,非平衡过程,G,(,D,B,0) ,G,(,D,B,174GeV,时，,B,和,L,被“清洗”。,目前两个方向：,1,）弱电重子合成。,2,）“轻子合成”。,标准模型,22,1,）弱电重子合成,(Kuzmin, Rubakov, Shaposhnikov),开始的时候，,B=L=0,通过一级相变达到非平衡状态,产生不为零的,B,和,L,2,）“轻子合成”,(Fukugita, Yanagida),从,L,不守恒的过程产生不为零的,L,场论中的反常将不为零的,L,部分转换成不为零的,B,1）弱电重子合成 (Kuzmin, Rubakov, Sha,23,和谐模型（,concordance model),74%,暗能量,4,重子物质,22,暗物质,和谐模型（concordance model)74%暗能量4,24,4）真空的选择,4）真空的选,25,真空的选择可以说是理论物理和宇宙学的终极问题，内涵包括：,1）时空为什么是4维的？,2）物理学常数为什么是这样的？,相互作用强度,粒子的质量,3）宇宙学参数为什么是这样的？,为什么能量有三种组分？,为什么密度涨落是这么大?,为什么宇宙有这么大？,真空的选择可以说是理论物理和宇宙学的终极问题，内涵包括：,26,例如超弦理论解释说，时空是10维的或者是11维的，之所以有宏观的4维时空，是因为,Landscape,例如超弦理论解释说，时空是10维的或者是11维的，之所以有宏,27,也就是说，基本理论中允许很多不同亚稳态真空存在，我们的宇宙不过是很多可能宇宙中的一种。,Multiverse,也就是说，基本理论中允许很多不同亚稳态真空存在，我们的宇宙不,28,当然，大多数人不能接受,landscape,和,multiverse,这样的理论。,一个正确的真空选择的解答需要更多的理论和实验方面的工作。前面三个问题可以看成真空选择问题的三个侧面。,不能是弦论也好，还是其他什么基本理论也好，需要面对的是正面回答我们前面讨论的三个问题，以及给出一个合理的真空选择机制。,当然，大多数人不能接受landscape和multivers,29,My religion consists of a humble admiration of the illimitable superior spirit who reveals himself in the slight details we are able to perceive with our frail and feeble mind. Albert Einstein,仰慕无边的造物主用具体细节揭示她的存在，而我们卑微的理解力可以理解这些具体而微细节，这就是我的宗教。阿爱因斯坦,My religion consists of a humb,30,