从去年年底,一直致力于写暗能量综述,这篇文章很长,达到176页,应该是暗能量综述里最长的文章。作者除了我,还有王一,李霄栋和王爽。
文章:Dark Energy
这篇文章正文151页,文献目录就有20多页,文章贴出后很快收到十几封信要求引用他们的文章。文章分两大部分,第一部分总结理论模型和想法,有83页,其余是总结观测暗能量手段,未来观测计划,以及数值工作。
第一部分是理论部分,先大致回顾了Weinberg在他的著名综述文章中的分类(Rev. Mod. Phys. 61 (1989) 1)。这篇文章比暗能量的发现早了大约10年,这篇文章目前被引了1900次。即使在1998年前,宇宙学常数一直是个重要的理论问题,所以Weinberg的文章每年大约也有25次引用左右。而在1998年之后,被引了1600次左右。当然,这个引用数目并不吓人,因为我想Weinberg不会去特意写信让大家去引他。1998年Riess等人的文章被引了五千次了。
Weinberg的分类是:1、超对称和超弦。2、人择原理。3、调节机制。4、修改引力理论。5、量子宇宙学。
我们将98年以后的新模型新想法分成8类,前五类和Weinberg的一样,只是将第一类变成了对称性。新增的3类是:6、全息原理。7、引力的反作用。8、唯象理论。
其实第8类包含的quintessence也早就了。第8类最大,几乎所有不带理论想法的模型都是唯象模型。
对称性除了超对称外,还有’t Hooft等人的坐标延拓,共形对称性,还有每个量子场和其ghost partner之间的对称性。人择原理则有不少弦论界中的人相信,例如Susskind和Polchinski。调节机制则增加了高维中的调节机制,例如通过膜与bulk中的标量场的耦合来调节。第4类,修改引力,也许在唯象模型之外发表文章最多的一类了。我们将f(R)理论,MOND及其相对论性推广,DGP理论都归在这一类。第五类,主要是Hartle-Hawking的无界波函数理论,其实这一类研究的人最少,也缺乏理论基础。
毫无疑问,我自己对第6类最感兴趣,我自己的理论研究基本只在这一类中。你要让我打赌,我会将赌注押在这一类上。在研究全息暗能量之外,过去两年我还研究了Casimir energy以及熵力与暗能量的关系。我坚信暗能量是有限尺度效应,即暗能量的“总能”与宇宙某个宏观尺度成正比,能量密度与该尺度的平方成反比。那么,暗能量或宇宙学常数的紫外发散是怎么解决的?我倾向于严格抵消。当然,我们在文章中没有强调我个人的观点。
对暗能量的探测手段,李霄栋和王爽认真地调研了几个月。
暗能量的探测手段首先是IA型超新星。宇宙加速膨胀就是用超新星的Hubble图发现的。在超新星之外,最常用的手段就是CMB和BAO了,前者是微波背景辐射,后者是重子声学振荡。目前,CMB有用的数据点不多,BAO也 不多。也许在未来,BAO的数据会越来越多。
在以上三大主要手段外,还有:弱引力透镜;星系团计数;伽玛暴;X射线气体;Hubble参数的直接观测;古老星体的年龄;密度涨落的成长因子。
接着是综述暗能量的探测计划,这是根据2006年暗能量Task Force的分类,分为四个阶段。第一阶段已经结束了,第二阶段正在进行中,第三阶段即将实施,第四阶段是未来10年左右要实施的。从暗能量的两个简单参数()来看,第三、第四阶段提高的精度都是3倍左右。当然如果考虑更多的参数,提高还是蛮多的。后来一些计划进化了,例如JDEM进化成了WFIRST。
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