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暗能量日

已有 5087 次阅读 2007-12-20 22:19 |个人分类:宇宙学|系统分类:科研笔记

昨天和今天两天一下出来好多篇关于暗能量的文章。

虽然暗能量的状况一如既往,但有文章好过没文章。我随便评点一下这些文章。

在介绍这些文章之前,我向诸位同学隆重推荐:

0. 孙宗扬定律

科大老师孙宗扬在今天报告里提出来了一个观点。他研究了历史上对场论概念的发展贡献最大的三位人物。第一位是欧拉,第二位是法拉第,第三位是爱因斯坦。这三位同学的出生年和去世年分别是:

欧拉:公元1707-1783年

法拉第: 公元1791-1867年

爱因斯坦:公元1879-1955年

看到没有,他们都活了76岁。法拉第出生于欧拉去世后8年,爱因斯坦出生于法拉第去世后12年,基本在10年左右。是否可以说后一个是前一个的转世 灵童?如果历史真的有教训,那么爱因斯坦的转世灵童是谁?应该是出生于60年代的。60年代哪个国家出生率最高?我觉得是中国。60年代在三年“自然”灾 害之后,是中国的出生率高峰时代,没看到现在学校和研究所里都是这些40多岁老家伙们的身影?

很值得期待的是,我出生于60年代。令人沮丧的是,Maldacena同学也出生于60年代。所以,老爱到底转到谁身上很值得我们关注。

当然,如果是爱因斯坦的转世灵童,活到76也够本了。

1. Does the cosmological constant run?

这篇文章的目的是纠正有些文章的错误结论:宇宙学常数依赖于能标,就像其他物理参数如电子的电荷一样。宇宙学常数,如果被看成某个量子场论中的有效势能的极小,应该和重整化能标无关,因为整个势能函数都应该和能标无关。文章内容很简单,我相信结论也是正确的。

这里我说两句个人观点。如果将度规的量子效应包括进来,宇宙学常数当然也不应该依赖于UV截断,或者观测者使用的能标。但是,考虑到量子引力效应, 传统的计算不再合适,我们不能将UV截断变得任意大,同时要考虑到红外的渐近几何,有效量子场论的方法肯定要失效。所以,如果得到一个依赖红外标度的宇宙 学“常数”则一点也不令人惊讶。

2. Dark Energy and the Hubble Constant

Arp同学认为没有什么宇宙加速膨胀。

要理解他的理由,我们要了解一下宇宙加速膨胀的最简单的理由。越是近的物体,我们现在看到的它的形象距离我们这个时间越近。所以,如果远方的物体离 开我们的速度比近处的物体离开我们的速度小,说明宇宙在加速膨胀。如果反之,那么宇宙在减速膨胀。Arp同意超新星的数据表明超新星的时代的Hubble 常数是65km/sec/Mpc,但不同意现在的Hubble常数是72km/sec/Mpc,如果是这样宇宙的现在膨胀速度大于过去的超新星时代的膨胀 速度。他认为,一些数据表明现在的Hubble常数是55km/sec/Mpc左右,所以宇宙在减速膨胀。

为了解释减速膨胀(我想应该是过剩的减速膨胀,因为没有暗能量的宇宙已经是减速的了),他说Hoyle-Narlikar以及他的理论需要过去的粒子质量小于现在的粒子质量,从而过去存在本征红移。他还说,粒子质量变大机制也可以取代暗物质。

这肯定是一家很不流行的观点。

3. Exploring Parameter Constraints on Quintessential Dark Energy: The Exponential Model

我觉得所有文章中这篇最没什么意思。但是,作者们提到了所谓DETF计划(Dark Energy Task Force),使得这篇文章看上去还有一点意思。DETF分析了暗能量的实验,将所有的实验分成四个阶段,第一个阶段刚刚过去,正在进行的实验是第二个阶 段。最后一个阶段是大规模地进行空间和地面实验。

他们在这篇文章中研究了一个特别的quintessence模型,即一个标量场,势能为V=V_0\exp(-\lambda\phi)的模型,这里他们也许以Planck质量为单位。当lambda  le sqrt{2}时,quintessence表现为可以加速膨胀膨胀的暗能量(标度解)。

\lambda太小时,quintessence和宇宙学常数没有区别。所以,\lambda不能太小也不能太大(否则不是暗能量)。如果取\lambda=0.7,那么quintessence在现在这个时候最大限度地表现出和宇宙学常数的不同,未来的实验可以在3sigma排除宇宙学常数(假如暗能量是这个模型的quintessence)。

4. Dark-Energy Dynamics Required to Solve the Cosmic Coincidence

没有仔细看这篇文章,但我相信这篇文章的结论:所有能够拟合数据的动力学暗能量模型都解决了所谓的巧合问题,即为什么暗能量和暗物质在现在这个时候 大约相等。我一直认为暗能量只有一个问题:为什么这么小。如果回答了为什么这么小,巧合问题应该不是什么大问题。这篇文章印证了我的观点。

我们最近在做一点关于全息暗能量的工作,也得到这个印象,没有所谓的巧合问题。所以,我很赞同本文的观点,即所有为了解决巧合问题设计的动力学模型都是脱裤子放屁。重要的是解释暗能量为什么这么小。

5. A Space-time Uncertainty Relation and Its Cosmological Implications

这篇是老朋友陈一新同学写的。利用Margolus-Levitin定理和黑洞的限制,他们得到不等式:

delta t(delta r)^3ge pi l_p^2r^2

类似的不等式见

视觉盛宴

毫不奇怪地,他们也讨论了全息暗能量,似乎有了他们自己的模型。我还是坚持一直以来的观点:理论在这个问题上永远是苍白的,实验数据说话。所以,谁的模型对数据拟合得好,且参数少,谁的模型就好些。

如果你们没有听说过Margolus-Levitin定理,我拷贝一下Wikipedia的解释。

The Margolus-Levitin theorem, named for Norman Margolus and Lev B. Levitin, gives a fundamental limit on quantum computation (strictly speaking on all forms on computation). The processing rate cannot be higher than 6 times 10^{33} operations per second per joule of energy. Or stating the bound for one micro system:

A quantum system of energy E needs at least a time of  \frac{h}{4 E} to go from one state to an orthogonal state, where h = 6.626 times 10^{-34} joules/hertz is Planck’s constant.

The theorem is also of interest outside of quantum computation, e.g. it relates to the holographic principle.

References

* Norman Margolus, Lev B. Levitin, The maximum speed of dynamical evolution Physica D120 (1998) 188-195
* Seth Lloyd and Y. Jack Ng, “Black Hole Computers,” Scientific American (November, 2004), pp. 53-61.

很怀疑这一条是Jack Ng写的。



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