Einstein-Cartan理论中的自生宇宙
宇宙学上一个最基本且最古老的问题是宇宙是否有一个开始，这个问题至今依然没有一个明确的答案。在Einstein提出广义相对论后，广义相对论经受住了大量观测的检验，在用于描述宇宙的演化时也取得了巨大的成功。以广义相对论为基础的标准宇宙学模型认为宇宙起源于一个能量密度和温度极高的大爆炸奇点，在奇点处，各种物理学理论均失效。为了解决奇点问题，Ellis等人提出了自生宇宙模型，该模型认为宇宙起源于Einstein静态宇宙，即宇宙在过去一直处于Einstein静态，随后自然地退出静态并进入到暴胀阶段。因此，自生宇宙模型可以和广义相对论中的热爆炸模型顺利的连接起来。一个成功的自生宇宙模型不仅要求宇宙能够在无限的过去一直处于稳定的Einstein静态，还需要宇宙能够在某一时刻自然地退出稳定的静态宇宙并进入到暴胀阶段，而在广义相对论中并不存在稳定的Einstein静态宇宙，所以最初的自生宇宙模型并不成功。为了寻找成功的自生宇宙模型，在其它理论中分析Einstein静态宇宙的稳定性便成了一个必要的工作。最近，人们发现在圈量子引力理论、膜世界引力理论和F(T)引力理论等理论中均存在稳定的静态宇宙。 Einstein-Cartan理论是Einstein所提出的广义相对论的一个修正理论，在这个理论中，引入了时空的挠率。在Einstein-Cartan理论中，挠率源自于费米子物质的固有自旋，由于挠率和费米子物质之间存在着这种关系，它并不是一个动力学量，可以通过用于描述费米子的Weyssenhoff自旋流体表示出来。因此，我们可以将自旋场并入到没有挠率的广义相对论中，而Einstein-Cartan理论可以看做是对广义相对论的能量一动量张量进行了修改，其能量一动量张量中包含着一种额外的态方程参数w=1的stiff理想流体。 我们讨论了Einstein-Cartan理论中的静态宇宙的存在性和稳定性问题。我们发现在空间平直和开放的宇宙中并没有稳定的静态宇宙存在。然而，在空间闭合的宇宙中，稳定的静态宇宙是存在的，并且宇宙可以自然地退出静态。因此，在Einstein-Cartan理论中，可以用自生机制来解决大爆炸奇点问题。
Einstein-Cartan理论;自生宇宙模型;Einstein静态宇宙;大爆炸奇点;广义相对论
湖南师范大学
博士
理论物理
余洪伟
2017
中文
O412
99
2017-09-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）