項(xiàng)目名稱： 全息暗能量和非對(duì)易暴漲宇宙的研究

推薦單位： 中國(guó)科學(xué)院

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目所屬學(xué)科為大爆炸宇宙論。超弦理論的發(fā)展所引入的理論方法也在影響著許多理論分支，如粒子維象學(xué)、宇宙學(xué)甚至數(shù)學(xué)。近年來(lái)，觀測(cè)宇宙學(xué)的發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)理論特別是超弦提出了根本性的挑戰(zhàn)，例如，微波背景輻射及大尺度結(jié)構(gòu)的進(jìn)展在一定程度上證實(shí)了暴漲宇宙學(xué)模型，同時(shí)給出可能的關(guān)于微觀世界的信息，要求我們從理論上理解暴漲宇宙學(xué)的基礎(chǔ)以及量子引力。另一方面，超新星的Hubble圖直接揭示了宇宙中暗能量的存在，理解暗能量的起源已經(jīng)是一個(gè)極為迫切的問題，而真正的理解只能基于一個(gè)量子引力理論如超弦理論。李淼的主要興趣是超弦理論，最近同時(shí)研究宇宙學(xué)中的一些問題。共發(fā)表SCI研究論文90余篇，總引用率2300余次，其中他引2000余次。在李淼的弦論文章中，有較大影響的是關(guān)于2維Liouville理論中關(guān)聯(lián)函數(shù)的計(jì)算，D膜上的規(guī)范場(chǎng)與時(shí)空中場(chǎng)的耦合，弦論中的時(shí)空測(cè)不準(zhǔn)原理。本項(xiàng)目的主要研究成果：（1）全息暗能量模型，我們提出第一個(gè)基于量子引力全息原理的可以和實(shí)驗(yàn)比較的暗能量模型，這個(gè)模型提出之后，很多人從理論和擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)方面做了很多工作，從而使得全息暗能量模型成為一個(gè)重要的暗能量之一。這方面的四篇論文研究了第一個(gè)全息暗能量模型，將全息暗能量模型推廣到有曲率的空間，從理論方面“推導(dǎo)”全息暗能量模型，以及人擇原理在這個(gè)模型中的應(yīng)用。（2）用時(shí)空測(cè)不準(zhǔn)解釋微波背景輻射譜，應(yīng)用的模型是非對(duì)易暴漲宇宙模型，該工作首次將時(shí)空測(cè)不準(zhǔn)原理和微波背景輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，解釋了較大的譜指數(shù)跑動(dòng)。時(shí)空測(cè)不準(zhǔn)原理是弦理論的主要特征之一，而非對(duì)易暴漲模型反映了這一特征。其它工作還有：（3）一些宇宙學(xué)背景的矩陣模型，de Sitter 時(shí)空的矩陣模型。以上工作的10篇代表論文的SCI他引數(shù)是470次，其中單篇最高SCI他引次數(shù)是113次。李淼還在其他方向完成了相當(dāng)有影響的研究工作，被A. Strominger和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者D. Gross稱為中國(guó)超弦的領(lǐng)軍人。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

1、核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)（大暴漲宇宙論，支持代表性論文（1-4））李淼在過去四年中最有影響，最有獨(dú)創(chuàng)性的工作是全息暗能量模型。暗能量是近年來(lái)宇宙學(xué)觀測(cè)的最重要的發(fā)現(xiàn)之一，暗能量的存在完全改變了宇宙學(xué)，對(duì)基礎(chǔ)物理理論提出挑戰(zhàn)。全息暗能量模型基于量子引力的基本原理：全息原理。李淼提出第一個(gè)可以驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的模型，有時(shí)被稱為李淼模型。這個(gè)模型不僅可以解釋觀測(cè)結(jié)果，而且只有一個(gè)參數(shù)。該模型的最大特點(diǎn)是預(yù)言了暗能量狀態(tài)方程指數(shù)可以越過-1，與很多數(shù)據(jù)分析的結(jié)果一致。最近的研究表明，相較其他模型，全息暗能量的貝葉斯證據(jù)是正的，說明該模型的優(yōu)越性。在這個(gè)模型被提出后，李淼及其學(xué)生在實(shí)驗(yàn)擬合和理論上進(jìn)一步研究了該模型，特別地，可以通過熱力學(xué)和愛因斯坦場(chǎng)方程之間的關(guān)系說明該模型的合理性。另外，這個(gè)模型聯(lián)合暴漲宇宙論可以解決宇宙巧合問題，并給出微波背景輻射譜在大尺度上的壓低。該系列研究的四篇代表論文的SCI引用數(shù)是234次，其中單篇最高他引次數(shù)是113。自從2004以來(lái)，通過Spires的統(tǒng)計(jì)可以查詢，李淼的第一篇論文被引用了170次。

2、其他重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)（大暴漲宇宙論，支持代表性論文（5-10））李淼的另一個(gè)有影響的系列工作是關(guān)于非對(duì)易時(shí)空的暴漲宇宙論的研究。WMAP實(shí)驗(yàn)在一定程度上暗示微波背景輻射功率譜的譜指數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，隨著波長(zhǎng)變動(dòng)而跑動(dòng)，WMAP的第一年觀測(cè)結(jié)果和前三年的觀測(cè)結(jié)果在這一點(diǎn)上是一致對(duì)的。一些研究者提出了一些解釋這個(gè)譜指數(shù)變化的模型，但在傳統(tǒng)的暴漲宇宙模型中，這個(gè)解釋不自然。弦論中的時(shí)空原則上是不對(duì)易的，在時(shí)空不對(duì)易的基礎(chǔ)上可以建立一個(gè)新的暴漲模型。李淼及其學(xué)生黃慶國(guó)首次將非對(duì)易時(shí)空暴漲模型用來(lái)解釋譜指數(shù)的跑動(dòng)，得到一些非常好的結(jié)果，在WMAP三年的觀測(cè)結(jié)果出來(lái)后，他們重新分析了非對(duì)易暴漲模型。目前，這個(gè)模型已經(jīng)被許多人做了后續(xù)研究，三篇代表論文的SCI他引次數(shù)是146次。

用矩陣模型研究宇宙學(xué),包括de Sitter時(shí)空以及一些帶有類光奇點(diǎn)的時(shí)空，這些模型建立在弦論的基礎(chǔ)上，是用基本理論研究宇宙學(xué)的嘗試。一方面，傳統(tǒng)的宇宙學(xué)研究方法不能用來(lái)研究宇宙在大爆炸奇點(diǎn)附近的行為，另一方面，如何在隨著時(shí)間變化的背景之下研究弦論一直是一個(gè)沒有解決的重要問題，這些研究是在這個(gè)重要方向的嘗試，三篇代表論文的SCI他引次數(shù)是90次。

主要完成人： 李淼

本項(xiàng)目的主要執(zhí)行人，所列各篇文章的發(fā)起者和主要完成人。1. 是全息暗能量的提出者，后續(xù)工作的主要合作者。2. 弦論中非對(duì)易時(shí)空的發(fā)現(xiàn)者之一，首次用非對(duì)易暴漲宇宙學(xué)模型解釋譜指數(shù)跑動(dòng)。3. 首次研究de Sitter時(shí)空的矩陣模型。以上研究占本人精力70％（10代表論文以及相關(guān)工作）。