可变常数宇宙学在现代天体物理观测数据中的检验——可变光速宇宙学在超新星数据和BAO数据中的检验

摘要

基本物理学常数是物理学理论研究和物理学应用中极其重要的部分。物理学常数也可以称为物理学常量或者自然常数，例如:真空中的光速、普朗克常数、万有引力常数、玻尔兹曼常数以及精细结构常数等。在一般的情况下，我们假设它们在宇宙中的任何地方以及任何时刻都相同。而对于物理学常数的准确测定以及物理学常数是否绝对不变这两个问题一直被物理学家广泛的讨论，对这两个问题的认识也随着物理学的进步而不断进步。从1937年开始，以狄拉克为主的一些物理学家开始讨论物理常数可能随着宇宙年龄的变化而变化的问题。
　　在上世纪末，Ia型超新星的观测显示，现在的宇宙正处在一个加速膨胀的过程中。为了解释宇宙的加速膨胀，物理学家们提出了很多可能的理论，其中ΛCDM理论因为很好地解释很多基本的天体物理学观测数据又因其自身的形式很简单而被广泛的接受。ΛCDM理论引入了一个可以被解释为真空能的Λ项，我们更多的把Λ称为宇宙学常数(cosmological constant)。一般的我们把现在宇宙加速膨胀的原因解释为暗能量（dark energy）的存在，而对于暗能量的解释在物理学中有很多，并没有定论。
　　基于上述的两点，这篇文章研究了使用可变光速理论来解释现代天体物理学观测（即使用可变光速理论来取代暗能量的引入）的可能性。文章中我们首先回顾了宇宙学的基本架构，简要介绍了宇宙学中的一些基本模型（大爆炸理论，暴胀理论，ΛCDM模型）。我们在介绍了部分常用的天体物理观测实验之后（包括Ia型超新星和重子声学振荡的观测实验），介绍了可变光速理论研究的基本现状。我们引用了可变光速模型c(a)=c0an同时提出另外两个唯象的光速模型，并使用Ia型超新星数据和重子声学振荡(BAO)数据对这三个可变光速理论的模型进行了数据分析。这三个模型对数据的拟合结果显示，可变光速理论可以比较好的解释Ia型超新星数据和BAO数据，这两组数据给出的对模型参数的限制是相容的，它们独立给出的模型参数的最佳拟合值相差不大，两组数据分别给出的1σ参数置信区域能够相互重合。可以得到结论:可变光速理论可以通过引入一个随红移变大而变大的光速而不用通过引入暗能量的方式来解释现在的天体物理学观测数据（Ia超新星数据和BAO数据）。我们总结了数据拟合的最终结果，并对可变光速理论的一些基本问题和以后可能的发展做了讨论。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 宇宙学简介

2．1 宇宙学

2．2 宇宙学基本原理

2．3 Friedmann方程

2．4 标准宇宙学模型

2．4．1 大爆炸理论

2．4．2 暴胀理论

2．4．3 ΛCDM模型

2．5 暗能量问题

第三章 现代宇宙学观测

3．1 Ia型超新星

3．1．1 超新星简介

3．1．2 亮度距离和距离模度的计算

3．2 重子声学振荡

第四章 可变光速理论

4．1 早期的可变光速理论

4．2 现代可变光速理论

4．3 有关光速定义的讨论

第五章 光速可变理论在宇宙学数据中的检验

5．1 Mode Ⅰ

5．2 Mode Ⅱ

5．3 Mode Ⅲ

5．4 VSL模型同ΛCDM模型的比较

5．5 Rbao数据对VSL模型的检验

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

个人简历