对在光锥上模拟LambdaCDM的不均匀宇宙学模型的年龄检验

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1、AbstractformationtimeoftheMilkWayisnotverysignificant.Differentcosmologicalmodelswillgivedifferentrangeofthecosmicage.WecomparetheageoftheLambdaCDMmodelandtheLTBmodel.WefindtheageoftheLTBmodelis2yearsyoungerthanthatoftheLambdaCDMmodel.KeyWords:cosmic

2、age,LTBcosmologicalmodel,LambdaCDMmodel,mimick,light-coneⅢ中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：___________签字日期：_______________中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位

3、论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□保密（____年）作者签名：_______________导师签名：_______________签字日期：______________

4、_签字日期：_______________第1章绪论第一章绪论1.1引言随着宇宙学的发展，人们对宇宙的认识也不断的加深，不同的宇宙学模型被陆续提了出来。例如有标准宇宙学模型、不均匀宇宙模型、空洞宇宙学模型等等，而标准宇宙学模型也经历了从不含宇宙学常数的模型到含宇宙学常数模型的改进。不同的模型给出了极不相同的宇宙图景，究竟哪一种模型能描述宇宙真正的面貌，只有靠理论预言与观测的对比来说明。而现在的观测只限制在光锥上，也就是说所有的可观测量都是其在光锥上的值，不同的模型只需给出相同的光锥可观测量，就不

5、能被观测排除。对SNΙa超新星的观测表明宇宙现在在加速膨胀(Perlmutteretal,1999,Riessetal,1998)，因此暗能量在现代宇宙学中显得尤为重要。许多宇宙学家认为暗能量的等同体就是宇宙学常数，并且这种模型能与观测符合的很好。然而，即使对观测符合的很好，暗能量还是有很多的理论上的问题，例如“fine-tuning”和“cosmiccoincidence”(Weinberg,1989)。因此，一系列的动力学暗能量相继出现。例如，标量场模型(Wetterich,1988)和全息

6、暗能量模型(Li,2004)。为解释宇宙加速膨胀也有其它方面的尝试。例如，有人提出宇宙的加速可归因于广义相对论的失效(Carroll,2004)。另一个有趣的想法是用对哥白尼原理的违背来解释宇宙的加速膨胀(Alnes,2006,Lemaitre,1997,Tolman,1934)。最近，一些理论家提出了在不均与宇宙中模拟暗能量的可能(Celerier,2009,Mustapha,1997)。他们的想法是因为宇宙学观测被限制在光锥上，有可能构建一个不均匀的宇宙学模型来解释宇宙的加速膨胀而不用到暗能

7、量。在(Kolb,2009)中，作者构建了一个球对称、不均匀的宇宙学模型，这个模型能在红移2以内，给出与LambdaCDM相同的亮度距离-红移关系和光锥质量密度-红移关系。我们所关心的是不均匀宇宙学模型，即下面提到的LTB宇宙学模型。因为这个模型在光锥上与LambdaCDM模型完全相同，我们的想法是找到一个不在光锥上的可观测量，来将其和实测对比，看看是否能将LTB模型排除掉。幸运的是，存在这样一种观测。宇宙年龄依赖于宇宙的演化，包含着不在光锥上的信息。我们可以将计算得到的宇宙年龄与一些宇宙中的古

8、老物体的年龄相比较(Wang,2008,Friacas,2005)，来判读计算得到的年龄是否可靠，进而推断该模型是否能合适的描述我们的宇宙。1第1章绪论1.2宇宙年龄的测定对于某些宇宙模型，如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等，宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常，哈勃年龄是宇宙年龄的上限，可以作为宇宙年龄的某种度量。宇宙在膨胀时，它的密度必在减小。逆时间方向往过去追溯，宇宙的密度必在增大。经过有限时间t，将追溯到密度为无穷的状态。