反弹宇宙学模型相关研究

The standard cosmological scenario of "Big-Bang plus Inflation", when describing the early universe, will encounter the primordial singularity problem. However, the problem can be avoided in bounce cosmology. In order to realize the bounce, people will usually introduce extra matter, e.g. scalar field(s), by which a series of new problems will be invoked, making people improve their models again and again. In this project, we will try to study on another possibility of bounce realization: to modify the Einstein Gravity, and also the related theoretical problems. Moreover, since the modification of gravity might induce some new observational effects, especially non-trivial effects on gravitational waves, we will also study the constraints on the modified gravity bounce models by current and future observations, particularly the probe of primordial gravitational waves.

标准的“大爆炸＋暴涨”宇宙学模型在描述早期宇宙的时候会遇到原初奇点问题，而反弹宇宙则可能避免这个问题。为了实现反弹，人们通常会引入额外物质如标量场，而标量场模型可能会带来一系列新的问题，迫使人们对模型不断改进。在本项目中，申请者将研究实现反弹的另一种可能性——修改爱因斯坦引力，以及该方式所带来的一系列理论问题。同时由于引力的修改可能会带来一些新的观测效应，特别是可能产生非平庸的引力波效应，申请者还将研究现有及将来的实验观测，特别是原初引力波探测实验对修改引力反弹模型的检验。

由于传统的大爆炸模型无法解决宇宙原初奇点问题，因此非奇异早期宇宙模型，如反弹或反弹暴胀模型成为早期宇宙有竞争力的替代者之一。本项目围绕与反弹模型相关的一些课题，如反弹与传统暴胀模型的关系、修改引力理论下反弹模型的建立、将来的天文观测对早期宇宙模型的限制等问题展开了一系列研究，取得了一定成果。.我们首先分析了反弹模型与传统暴胀模型所给出的宇宙学图像上的关系，指出二者存在一定的简并性。从理论上讲，该简并性带来了模型之间的对偶关系，我们给出在声速和慢滚参数可变的条件下二者的对偶关系式，并提出“绝热对偶”的概念。从观测上讲，简并性使模型难以被现有观测区分。我们提出可以利用框架不变量对模型进行区分。为了构造f（Q）修改引力理论下的反弹模型，我们研究了该理论的扰动自由度，发现在一致规范下，该理论共有8个自由度，并指出自由度的增加是由于一致规范破坏了该理论的广义协变性。我们还利用阿里引力波数据的期望值对不同暴胀模型进行了限制。限制结果可推广到反弹等非奇异宇宙模型。