項目名稱： 宇宙起源與演化及相對論天體的研究

推薦單位： 上海市

項目簡介： 宇宙學已成為當代基礎科學研究的最前沿方向之一，自二十世紀末以來，它已從純理論的科學變成了觀測的科學。本項目結合WMAP的最新觀測資料，開展了暗能量、宇宙加速膨脹、弦宇宙中暴漲模型、有限溫度下量子宇宙學、具有Tachyon場的經典與量子蟲洞等方面的系列研究，得到了一批與當前天文觀測符合得較好的理論成果。

自上世紀六十年代以來，黑洞以它特有的魅力吸引著一代又一代的人們對它進行探索和研究，歷時半個世紀而不衰。本項目屬于理論天體物理、廣義相對論和宇宙學學科范圍，是一項基礎理論研究。本項目對黑洞熵的統計起源、黑洞熵的量子修正、黑洞的Quasinormal Modes、黑洞背景時空量子化與de Broglie-Bohm解釋、黑洞的量子不可克隆原理、黑洞背景時空中的量子通訊問題等開展了深入、系統、完整的研究，得到了系列結果，這些結果或首次給出答案，或指出國外學者一些理論錯誤，給予糾正，并得到同行肯定。

本項目研究中，在SCI刊物上共發表學術論文48篇，總影響因子為115.215。其中相當篇數的論文是刊登在"Nucl. Phys. B"、"JHEP"、"Phys. Rev. D"、"Phys. Lett. B"、"Class. Quantum Grav."等國際頂級刊物上。成果的論文全部被國際權威檢索美國"科學論文索引"和"物理文摘"收錄和摘登，論文被國內外眾多學者在多種世界核心刊物上獨立引用186篇次。"Phys. Lett. B", "Class. Quantum Grav.", "Naucl. Phys. B", "JHEP"等雜志編審對成果給予高度的評價。例如我們的工作被"JHEP"編審認為："為用擾動方法求黑洞的似正規模的解析解打開了一扇門，……，結果有原創性。"

成果達到了國際的先進水平。

本項目已畢業博士生7名(其中5人次獲中國科學院院長獎，1人次獲劉永齡獎學金)，碩士生1名，另有1名博士后出站。

主要發現點： 1、核心發現點：

（1）宇宙起源問題研究中，首次考慮了溫度的影響，給出了溫度對幾率密度分布的影響，在Vilenkin邊界條件下隨著溫度的增加，幾率密度分布振幅將顯著減小，而在Hartle－Hawking邊界條件下幾率密度分布振幅情況則相反；又指出了我們的宇宙可能不是"無中生有"誕生的，今天觀測到的宇宙有可能起源于一個baby宇宙，通過量子隧道效應演化而來（學科分類代碼1602020<相對論天體物理學>，代表性論文4，其他重要論文2）；

（2）利用擾動法求出了黑洞的似正規模解析解（學科分類代碼1602020、1401540<相對論與引力場>，代表性論文2）；

（3）首次在Dirac場中考慮黑洞的量子通訊和黑洞信息佯謬。（學科分類代碼1602020、1401540，代表性論文5）

2、其他重要發現點：

（1）在宇宙加速膨脹機制研究中首次研究了非最小耦合標量場（包括實的和復的）作為暗能量的可能性，發現非最小耦合標量場在一定條件下有可能作為暗能量（Quintessence和Phantom）（學科分類代碼1602020，代表性論文6，其他重要論文24，30）；

（2）在黑洞熵的統計起源研究中首次引進了薄膜模型，這是我們的又一個創新點。發現用此方法可以處理一些較復雜的黑洞度規和高自旋的場（如自旋為1的電磁場，自旋為2的引力場，自旋為3/2的引力微子場）（學科分類代碼1602020、1401540，代表性論文1，8，10，其他重要論文1）；

（3）首次成功處理了德西特背景時空下具有費米子場的旋轉黑洞的似正規模問題（學科分類代碼1602020、1401540，代表性論文3），首次正確給出了任意自旋場的史瓦西黑洞的Quasinormal Modes統一表達式，發現了國外學者的一些錯誤，并予以改正。被國外學者稱為，填補了相關研究中的一個空白（學科分類代碼1602020、1401540，代表性論文7）；

（4）首次發現在彎曲時空背景量子通訊的保真度與黑洞視界的溫度有關，溫度越高保真度越好。提出黑洞量子不可克隆原理修正方案（學科分類代碼1602020、1401540，代表性論文5，9，其他重要性論文5）。

主要完成人： 沈有根

1、作為項目組的負責人全面負責項目的構思、申請、立項和實施。

2、首次在量子宇宙學研究中考慮溫度的影響（核心發現點1）。

3、負責指導項目組中全體博士生的具體研究課題。

4、參加全部論文的理論分析、公式推導與成文工作(核心發現點1,2,3,其他重要發現點1,2,3,4)。

占本人工作量的100%

高長軍

1、在黑洞熵計算中提出膜模型（其他重要發現點2）。

2、在項目組負責人（暨博士生導師）指導下在黑洞熵、黑洞背景時空的量子化及暗能量宇宙模型方面完成具體計算工作（其他重要發現點1，2）。

占本人工作量的100%

葛先輝

1、提出黑洞量子不可克隆原理修正方案（其他重要發現點4）。

2、在項目組負責人（暨博士生導師）指導下完成黑洞背景時空下的量子通訊及相關問題的具體計算（核心發現點3，其他重要發現點4）。

占本人工作量的100%

舒富文

1、給出具有任意自旋的史瓦西黑洞的似正規模中勢的統一表達式。指出國外同行的錯誤（其他重要發現點3）。

2、在項目組負責人（暨博士生導師）指導下完成黑洞背景時空中的Quasinormal Mods的計算工作（核心發現點2，其他重要發現點3）。

占本人工作量的100%

常加峰

1、在Kerr－Newman－de Sitter黑洞的中微子Quasinormal Mods計算工作中具體地定出了分離變量常數的值。在黑洞的Quasinormal Mods數值計算中有較多的貢獻（其他重要發現點3）。

2、在項目組負責人（暨博士生導師）指導下完成了帶有正宇宙學常數的旋轉黑洞的Quasinormal Mods的具體計算工作（其他重要發現點3）。

占本人工作量的100%