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1999年,通过对超新星的观测我们发现我们的宇宙现在正在加速膨胀。这与现有引力理论和粒子物理理论矛盾。所以一定存在一种神秘的“暗能量”主宰着宇宙的膨胀。这会是爱因斯坦的宇宙学常数,还是更奇怪的新物理呢?不管最后的答案是什么,暗能量问题一定会导致天体物理,粒子物理和引力物理领域全新的发现。
在这篇硕士论文中,我将讨论三种暗能量的模型,即,广义相对论的大尺度修改,自调节膜和衰变真空能。
首先,我讨论用广义相对论的大尺度修改来解释宇宙加速。一个这方面的模型是Carroll等的1/R引力模型。我首先讨论导出Palatini形式下的L(R)引力论中修改Friedmann方程的一般方法。然后我应用这个推导到1/R引力,R2引力及lnR引力。最后,借助L(R)理论的Newtonian极限和L(R)理论与ω=-3/2BransDicke理论等价的事实,我讨论L(R)理论的本质。
其次,我讨论我们的宇宙可能是6维时空中的一张3维膜的理论。这种理论可以为宇宙学常数问题提供一种自调节解:4维真空能可能很大,但它在膜上没有引力效应。那么大的真空能就可以与观测到的小的真空能相容。我给出余维为2的膜在6维Einstein-Gauss-Bonnet理论中的精确解。然后,因为稳定性是任何现实模型都应该满足的要求,对最简单的一类余维为2的膜宇宙模型,我证明模型的稳定性。证明的关键是2维的Gauss-Bonnet定理。最后,我讨论宇宙学常数可变的模型。首先,由暗物质的一个与模型无关的参数化方法,我证明真空能衰变模型都可以用两个参数唯一的确定。由此,我得出一个重要结论:用真空能的衰变无法解释宇宙学常数的微调问题。然后,通过把真空衰变效应与暗能量结合起来,我指出我们能得到一个有效的“phantom”宇宙学模型。