项目名称： 全息暗能量和非对易暴涨宇宙的研究

推荐单位： 中国科学院

项目简介： 本项目所属学科为大爆炸宇宙论。超弦理论的发展所引入的理论方法也在影响着许多理论分支，如粒子维象学、宇宙学甚至数学。近年来，观测宇宙学的发展对基础理论特别是超弦提出了根本性的挑战，例如，微波背景辐射及大尺度结构的进展在一定程度上证实了暴涨宇宙学模型，同时给出可能的关于微观世界的信息，要求我们从理论上理解暴涨宇宙学的基础以及量子引力。另一方面，超新星的Hubble图直接揭示了宇宙中暗能量的存在，理解暗能量的起源已经是一个极为迫切的问题，而真正的理解只能基于一个量子引力理论如超弦理论。李淼的主要兴趣是超弦理论，最近同时研究宇宙学中的一些问题。共发表SCI研究论文90余篇，总引用率2300余次，其中他引2000余次。在李淼的弦论文章中，有较大影响的是关于2维Liouville理论中关联函数的计算，D膜上的规范场与时空中场的耦合，弦论中的时空测不准原理。本项目的主要研究成果：（1）全息暗能量模型，我们提出第一个基于量子引力全息原理的可以和实验比较的暗能量模型，这个模型提出之后，很多人从理论和拟合观测数据方面做了很多工作，从而使得全息暗能量模型成为一个重要的暗能量之一。这方面的四篇论文研究了第一个全息暗能量模型，将全息暗能量模型推广到有曲率的空间，从理论方面“推导”全息暗能量模型，以及人择原理在这个模型中的应用。（2）用时空测不准解释微波背景辐射谱，应用的模型是非对易暴涨宇宙模型，该工作首次将时空测不准原理和微波背景辐射实验结合起来，解释了较大的谱指数跑动。时空测不准原理是弦理论的主要特征之一，而非对易暴涨模型反映了这一特征。其它工作还有：（3）一些宇宙学背景的矩阵模型，de Sitter 时空的矩阵模型。以上工作的10篇代表论文的SCI他引数是470次，其中单篇最高SCI他引次数是113次。李淼还在其他方向完成了相当有影响的研究工作，被A. Strominger和诺贝尔奖获得者D. Gross称为中国超弦的领军人。

主要发现点：

1、核心发现点（大暴涨宇宙论，支持代表性论文（1-4））李淼在过去四年中最有影响，最有独创性的工作是全息暗能量模型。暗能量是近年来宇宙学观测的最重要的发现之一，暗能量的存在完全改变了宇宙学，对基础物理理论提出挑战。全息暗能量模型基于量子引力的基本原理：全息原理。李淼提出第一个可以驱动宇宙加速膨胀的模型，有时被称为李淼模型。这个模型不仅可以解释观测结果，而且只有一个参数。该模型的最大特点是预言了暗能量状态方程指数可以越过-1，与很多数据分析的结果一致。最近的研究表明，相较其他模型，全息暗能量的贝叶斯证据是正的，说明该模型的优越性。在这个模型被提出后，李淼及其学生在实验拟合和理论上进一步研究了该模型，特别地，可以通过热力学和爱因斯坦场方程之间的关系说明该模型的合理性。另外，这个模型联合暴涨宇宙论可以解决宇宙巧合问题，并给出微波背景辐射谱在大尺度上的压低。该系列研究的四篇代表论文的SCI引用数是234次，其中单篇最高他引次数是113。自从2004以来，通过Spires的统计可以查询，李淼的第一篇论文被引用了170次。

2、其他重要发现点（大暴涨宇宙论，支持代表性论文（5-10））李淼的另一个有影响的系列工作是关于非对易时空的暴涨宇宙论的研究。WMAP实验在一定程度上暗示微波背景辐射功率谱的谱指数不是一个常数，随着波长变动而跑动，WMAP的第一年观测结果和前三年的观测结果在这一点上是一致对的。一些研究者提出了一些解释这个谱指数变化的模型，但在传统的暴涨宇宙模型中，这个解释不自然。弦论中的时空原则上是不对易的，在时空不对易的基础上可以建立一个新的暴涨模型。李淼及其学生黄庆国首次将非对易时空暴涨模型用来解释谱指数的跑动，得到一些非常好的结果，在WMAP三年的观测结果出来后，他们重新分析了非对易暴涨模型。目前，这个模型已经被许多人做了后续研究，三篇代表论文的SCI他引次数是146次。

用矩阵模型研究宇宙学,包括de Sitter时空以及一些带有类光奇点的时空，这些模型建立在弦论的基础上，是用基本理论研究宇宙学的尝试。一方面，传统的宇宙学研究方法不能用来研究宇宙在大爆炸奇点附近的行为，另一方面，如何在随着时间变化的背景之下研究弦论一直是一个没有解决的重要问题，这些研究是在这个重要方向的尝试，三篇代表论文的SCI他引次数是90次。

主要完成人： 李淼

本项目的主要执行人，所列各篇文章的发起者和主要完成人。1. 是全息暗能量的提出者，后续工作的主要合作者。2. 弦论中非对易时空的发现者之一，首次用非对易暴涨宇宙学模型解释谱指数跑动。3. 首次研究de Sitter时空的矩阵模型。以上研究占本人精力70％（10代表论文以及相关工作）。