一、非相对论理想气体状态方程的理论推导（论文文献综述）
张轶然[1]（2021）在《宇宙高能粒子的起源》文中认为宇宙射线粒子,本文中狭义地代指接近光速运动的带电粒子,也往往简称宇宙射线,其起源是天体物理学的重要问题之一。基于一百年来的观测、理论和数值模拟工作形成的、目前比较公认的观点认为,银河系宇宙射线主要来自于超新星遗迹大尺度激波驱动的扩散粒子加速。在注入-对流-扩散平衡的稳态下,扩散激波加速可以实现（反）幂律的加速粒子能谱,且（动量）谱指数只和激波（总）压缩比有关。这样简洁、有效的粒子加速机制不仅被应用于银河系宇宙射线的超新星遗迹起源学说,还广泛对其它天文高能现象给出定性解释。近年来,诸多精确观测结果挑战着传统定性的宇宙射线加速-传播模型。尽管如此,目前看来超新星遗迹对银河系宇宙射线总流量的主导贡献地位仍难以被撼动,但需要在扩散激波加速-银河系扩散传播的剧本中考虑更多具体的物理过程以解释新的观测事实。我们研究两种在宇宙射线刚度谱的直接测量中发现的精细“反常”结构,其中之一是200 GV附近所有粒子谱拐折变硬,另一个是45 GV以上质子谱软于其它原初原子核谱。结合多波段观测发现的超新星遗迹辐射能谱演化规律,我们提出时间依赖的超新星遗迹粒子加速模型。据此,精细反常结构主要由两个不同演化阶段超新星遗迹特征加速谱的叠加效应解释,同时也受到扩散激波加速注入刚度对粒子荷质比依赖性的影响。该模型还自然地构造出能谱“膝”的形态,甚至可能将超新星遗迹对宇宙射线的贡献延伸到“踝”区,且预言遗迹中粒子服从湍流扩散。这些结论的正确性需要由更精确的观测以及等离子体数值模拟验证。扩散激波加速模型面临的另一个问题是是否有必要,以及如何适当地引入宇宙射线对体系的非线性反馈。尽管物理原则上反馈必然存在,但超新星遗迹的观测尚未发现非线性激波“前锋”的强有力证据。考虑整体守恒定律,不限定间断面对宇宙射线的影响方式,我们研究了激波上下游的边值关系,进而得出从加速能谱指数推测加速效率下限的方法。在此基础上,忽略非线性扩散区的厚度,我们证明谱指数正相关、加速效率反相关于激波速度。定性而言,这两个相关性中前者与超新星遗迹的多波段观测结果相符,后者满足时间依赖的超新星遗迹粒子加速模型的要求。而要维持10-50%的加速效率,粒子加速的注入率和最大能量需要正相关于激波速度。我们还指出,即使限定宇宙射线在间断面处连续分布,粒子对加速源的逃逸也不是粒子加速的必要条件。这是对此前有些研究中不明确论断的补充。我们也求解了考虑宇宙射线反馈的自相似冲击波,发现冲击波中心被极端相对论压强主导,从而总体加速效率得以放大。这验证了前人的类似研究。尽管粒子的幂律能谱大幅偏离Maxwell分布,且它也确实总可由非热输运理论构造,其能否被纳入热平衡体系范畴的问题却似乎没有令人满意的解答。基于波粒回旋共振体系,对于波自由度主导的系统,我们提出一套在热平衡态下导出幂律能谱的论述。该理论能否被用于解释在等离子体数值模拟和天文观测中发现的“非热”粒子还有待进一步研究。
佘端[2]（2021）在《相对论磁流体力学的理论研究》文中研究指明在温度大于1012K的早期宇宙中,由质子和中子组成的普通物质被溶解成夸克和胶子组成的等离子体。这种原始物质状态被称为夸克-胶子等离子体（QGP）,可以通过相对论重离子对撞机（RHIC）和大型强子对撞机（LHC）的相对论重离子对撞对其特性进行研究。研究QGP的理论基础是强相互作用的色SU（3）规范理论,即量子色动力学（QCD）。为了使QCD预言和实验数据之间建立联系,必须开发一套描述相对论重离子碰撞中产生的热致密物质时空演化的一般框架。相对论流体力学辅以合适的初始条件是已知的这样一个框架。近年来,理论上和实验上都认识到了在假设完美QGP流体之外考虑耗散效应的重要性。我们首先介绍热力学基本定律和推导将在本论文后面用到的热力学关系。接着,简要回顾了相对论理想流体力学并推导理想流体守恒流的一般形式和其运动方程。利用流体力学四维速度的定义,给出了协变热力学关系。利用热力学第二定律推导出Navier-Stokes理论的协变版本。本文讨论了相对论Navier-Stokes理论存在的一些问题,即理论的因果性和不稳定性。我们也回顾了 Israel-Stewart理论,并展示如何从热力学第二定律推导因果流体力学方程。非对心重离子碰撞会产生极强的磁场和巨大的轨道角动量。在相对论重离子碰撞实验RHIC能量下,对撞产生的磁场预计高达1018高斯,在大型强子对撞机LHC能量下,磁场将高达1019高斯。这种瞬变电磁场在夸克胶子等离子体的流体力学描述中可能产生各种新的效应。在强磁场背景下,需要引入流体和磁场的耦合方程以及磁场的演化方程,于是流体力学模型将会扩展成相对论磁流体力学（MHD）。首先介绍了相对论磁流体和相对论理想磁流体力学的基本知识。然后,介绍了1+1维相对论理想磁流体力学中Bjorken流解析解的工作,该工作也是我们第一个工作的理论基础。中间快度区域束流方向膨胀的夸克胶子等离子体可以用1+1维Bjorken流较好的描述。这导致末态粒子谱平坦的快度分布,但与RHIC和LHC的观测结果不一致。而且,实际情况下,中间快度的能量密度比Bjorken流下降得更快。虽然Bjorken解被广泛使用,但流体力学的纵向膨胀动力学似乎能够为初始能量密度的估计和末态的描述提供更真实地估计。因此,我们研究了均匀横向磁场下1+1维相对论磁流体力学的纵向加速度效应,并且给出了特殊状态方程下能量密度的解析解和一般状态方程下能量密度的数值解。结果表明纵向加速度参数、磁场衰减参数、初始磁化参数和状态方程参数对系统能量密度演化有不寻常的效应。最后,也介绍了含磁化效应的均匀横向磁场背景下1+1维相对论磁流体力学中Bjorken流解析解的工作,该工作也是我们第一个工作的理论基础。此外也介绍了相对论耗散磁流体力学的工作,这个工作对我们第三个工作有一定启发意义。接着介绍了反常流体最早期的工作,通过热力学关系可以确定一些输运系数,而且这块内容是目前的新动向。接着我们详细介绍了我们的第二个工作,由含纵向加速度的1+1维相对论电阻磁流体力学模型给出了电磁场解析解和能量密度分布的数值解。该研究表明,由于电磁场的存在,流体能量密度比Bjorken流下降得更快,即能量流到大快度区域。受到自旋流体力学有关工作的启发,基于粘滞流体的理论基础,我们将其推广到角动量粘滞流体的初期理论领域,基于理想流体引入一阶耗散量来描述粘滞流体,其中用到匹配条件、耗散量张量分解、速度场的定义等标准粘滞流体推导技巧,并通过热力学第二定律推导出角动量粘滞一阶流体理论,希望提供一种能解释Λ超子极化效应的流体力学模型。
张博楠[3]（2020）在《QCD手征相变的若干有效模型研究》文中研究指明强相互作用是人类已知的四种基本相互作用之一,量子色动力学是描述夸克层次上强相互作用的SU（3）局域规范理论。QCD的性质如渐进自由等特性使其呈现出丰富的物理内涵,并产生了复杂的相结构。QCD相图对早期宇宙演化、重离子碰撞以及致密星体结构等方面的研究具有重要意义。人们通过高能重离子碰撞实验产生高温高密的物质,即夸克胶子等离子体,来探索极端状态下物质的形态与特性。人们普遍认为在低化学势区域QCD相图上存在平滑过渡的区域,因此临界端点的探索就成了当前研究的重点。但是由于QCD在低能情况下的非微扰特性,直接利用QCD基本理论进行解析计算是不可能的,因此人们提出了众多唯象模型,通过对唯象模型的研究来定性地对QCD相图性质进行探索。夸克-介子模型可以实现手征对称性的自发破缺和恢复,并且是可重整的。因此,我们用有限温下夸克-介子模型来模拟QCD相图性质,并将热力学几何方法引进QCD相图的探索中。我们发现,热力学曲率R在平滑过渡区域会发生变号,曲率的大小会随着接近临界端点而发散。此结论与热力学几何中R∞ξd的预期一致。我们进一步分析了热力学曲率发散的原因,发现能量与粒子数的混合涨落对热力学曲率的发散起着重要作用,进而使系统产生临界现象。除此以外,我们还研究了有限系统中的QCD相变,一个非常有意思的发现是,在低温下,如果系统足够小,系统的零模激发会对系统的手征相变性质产生重要影响。在尺度为3fm系统中,零模激发会使系统在手征对称性自发破缺与恢复之间创造一个中间态,使系统发生转变,但不足以使手征对称性得到恢复。当尺度进一步减小时,系统中的零模作用增强,以至于足以使破缺的手征性得到恢复,而当系统尺寸增大时,由于体系可以激发出更多零模以外的模,零模的贡献减小,直至消失。零模激发对体系相变的影响是有限尺寸效应中独有的现象。
郑任菲[4]（2020）在《基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究》文中指出在量子世界中,粒子与波没有明确的界限。德布罗意提出所有具有质量的粒子都具有波动性。在超冷原子中,它们较大的德布罗意波长会使其波动性更加明显,超冷原子的实验实现为物质波光学打开了大门。我们可以用超冷原子研究物质波的波动特性,如干涉、衍射等现象。实验上用来研究原子光学现象的元件称为原子光学元件,如原子反射镜、原子透镜、原子分束器等。原子光学元件在原子分子物理、量子光学、量子信息处理和精密测量等方面都有重要应用。原子干涉仪是非常重要的原子光学器件,它在精密测量、导航、地质学等领域中都具有重要作用。原子镜和分束器是原子干涉仪中的关键部件,我们在本论文中主要围绕这两个物质波光学元件展开研究。自旋轨道耦合效应是粒子自旋和动量的耦合,它对于自旋电子学的研究是有意义的,我们可以在非磁性环境中通过自旋轨道耦合效应来操控体系的自旋。而材料中的自旋轨道耦合一般不容易被改变,所以我们可以利用超冷原子中的赝自旋轨道耦合效应,通过建立原子在非磁性势垒中的量子散射模型,来设计一些具有特定功能的自旋相关原子光学元件,这样我们就把原子光学和自旋电子学结合了起来。基于这些考虑,我们开展了以下理论工作:第一,我们研究了基于自旋轨道耦合的自旋依赖原子反射镜。我们令一束超冷原子入射到由激光产生的阶梯形势垒上,由于势垒中的原子是含有自旋轨道耦合的,所以原子可以实现自旋依赖的反射。我们根据势垒中波的传播特性,分析了原子在势垒中的不同散射过程。我们讨论了原子的反射率和自旋极化率随入射角、入射能量以及自旋轨道耦合强度的变化关系,找到了原子可以实现较高反射率和自旋极化率的参数空间,进而实现了高效率的自旋依赖原子反射镜。我们所设计的原子反射镜,将为实验上自旋依赖的原子干涉仪的设计提供帮助,并对精密测量和量子信息领域有重要意义。第二,我们研究了狄拉克-外尔费米子的自旋分束器。我们在二维光学晶格中利用拉曼激光实现了多组分超冷原子的自旋依赖跃迁,这种激光辅助的自旋依赖跃迁导致的低能激发,可以模拟任意自旋的狄拉克-外尔费米子。由于狄拉克-外尔费米子具有自旋轨道耦合以及手征的特性,我们在自旋3/2狄拉克-外尔费米子的双折射克莱因隧穿模型中利用Goos-H?nchen（GH）位移效应,设计了狄拉克-外尔费米子的物质波自旋分束器。我们分析了狄拉克-外尔费米子的透射率和GH位移随入射角、势垒宽度和势垒高度的变化关系,发现了在合适的参数范围内,分束器可以实现较高的分束效率。我们的成果为研究相对论粒子物质波的自旋依赖干涉现象提供了可能,并对高能物理中自旋干涉仪的研究具有重要意义。第三,我们研究了非磁性的原子单向自旋开关。我们让一非磁性方势垒从不同方向扫过一个自旋轨道耦合的超冷原子,由于自旋轨道耦合的存在,体系的伽利略不变性被破坏。对于某一方向扫过的势垒,原子的自旋只能单方向翻转,即当势垒从左（右）向右（左）扫过原子时,原子的自旋方向只能从向下（上）翻转到向上（下）,而反过来的过程是不成立的。我们研究了不同势垒速度下原子的自旋依赖散射特性,并分析了不同势垒速度下原子的透射率和自旋极化率,发现当选取合适的速度范围时,原子可以实现自旋翻转全反射。我们还讨论了原子的透射率和自旋极化率随势垒宽度和势垒高度的变化关系。这些研究成果有助于我们更全面地理解原子单向自旋开关工作的物理机制,并为设计出新一代的单向自旋电子器件及量子器件提供了可能。
张贤成[5]（2020）在《宇宙中的重子物质及其相关物理》文中指出重子物质是宇宙中的重要组成部分,宇宙中可直接观测的天体都是由重子和电子组成的,因此对于这些结构,其形成和演化必须考虑气体动力学和辐射过程等相关物理过程的影响。基于Houjun Mo等人的Galaxy Formation and Evolution一书,并基于本人对诸如流体力学平衡下的气体密度分布、激波转移条件的马赫数形式和由其得出的强激波情况、以及冲击波的自相似模型和风驱泡模型等内容的推导,本文在第二章中介绍了基于流体力学,对考虑各种流体效应、辐射过程的气态晕演化的相关研究,这些研究不仅包含了气态晕的形成、流体平衡下的气态晕结构、忽略冷却效应和加热效应的气态晕演化,还介绍了气态晕冷却和气态晕加热（有能量源）以及气态晕的热不稳定和流体不稳定。在第三章中,本人对诸如星系际介质的热演化、星系际介质的电离演化等内容做出推导,基于此并结合相关资料,此章介绍了对宇宙中星系际介质的相关研究,星系际介质是任何星系形成和演化理论的重要组成部分,并且在“重子丢失”问题和对宇宙微波背景辐射的研究中也扮演了重要的角色。在这一章当中,我们首先介绍了星系际介质的全局性质,并介绍了各种辐射和气体动力学过程是如何驱动星系际介质演化的;然后我们详细介绍了如何利用不同的类星体吸收线系统对星系际介质进行探测。至此本文基于相关资料和本人的推导对宇宙中的重子物质及其相关物理过程做出了详尽综述,并在最后一章提出了相关展望。
陶弢[6]（2021）在《磁化背景气体塑造天体外流的实验室研究》文中研究指明宇宙空间中,广泛存在着磁场与等离子体的相互作用。低强度磁场可以改变能量或物质的输运系数,高强度的磁场则影响等离子体的动力学演化。但受限于观测能力,天体磁化等离子体的定量研究有很大难度。脉冲功率技术的发展,使得目前在实验室内可以产生参数可控的高能量密度磁化等离子体。结合磁流体力学方程组本征的标度变换不变性,可以在实验室内定量的研究天体尺度的磁化等离子体演化。本论文采用辐射磁流体模拟和物理实验手段,结合理论分析,系统研究了激光烧蚀产生的等离子体流与磁化背景气体的相互作用,目的是定量研究一系列处于磁化背景中准直天体外流的形成机制。模拟和实验研究中,利用纳秒激光烧蚀铝或硅固体靶产生初始各向同性外流,外加磁场方向平行于出流对称轴、背景中充氦气来模拟天体磁化背景。数值模拟研究采用三维辐射磁流体程序,全面考虑了激光能量沉积、真实物态方程、辐射输运和非理想耗散项。我们采用平顶长脉冲激光产生稳态外流,模拟中激光光强I=1012-1013 W/cm2、磁场强度B=0-60Tesla、背景气体覆盖从真空状态至ρ=10-6g/cm3的密度范围。实验研究中采用7ns脉宽、527nm波长、620mJ能量的的Nd:YAG激光束,利用脉冲磁场装置产生8T的背景磁场,靶室内充氦气改变背景气体密度;采用光学干涉、光学自发光成像等诊断技术测量磁化背景中等离子体的演化。借助于数值模拟,我们发现:尽管磁化背景气体始终处于磁压远远大于热压的磁准直参数状态,改变背景气体密度或磁场强度,激光烧蚀产生的初始大角度高速等离子体外流在磁化背景气体中的流体行为仍会发生显着变化。固定磁场强度、背景气体密度较低时,烧蚀物横越磁场的运动被抑制,形成长轴沿磁场的抗磁椭球形腔,后续来流被腔壁折射汇聚,通过腔体顶部锥形激波转换为沿磁场长距离传输的准直射流（well-collimated jet）。固定磁场强度、稍微增加背景气体密度时,射流被阻挡、头部形成含密度鼓包的节状射流（knotty jet）。背景气体密度高于一定阈值时,射流完全被抑制,原锥形激波位置被一弓形激波取代,这时候外流表现为椭球形腔结构（less-collimated lobe）。固定背景气体密度,在改变磁场强度时,也会出现类似的变化规律,外流从低磁场强度时的椭球形腔逐渐变化为节状射流最终变化为准直射流。细致分析不同参数下的流体行为,我们发现外流的外阿尔芬马赫数和其在磁化背景中驱动起的激波形态决定了外流的形貌。外阿尔芬马赫数Ma<1的亚阿尔芬膨胀激发背景磁声波模,背景各向异性的洛仑兹力可以有效引导大角度外流变化为准直射流;外阿尔芬马赫数介于1<Ma<2之间的超阿尔芬膨胀在磁化背景中激发出有多层结构的“switch-on”磁化激波,激波面中心作用于射流头部,准直射流退化为节状射流;外阿尔芬马赫数Mα>2的超阿尔芬膨胀,背景中激发单层经典弓形波,其速度和结构与无磁场情况一致,背景洛仑兹力变为各向同性结构,射流被完全抑制,只剩下椭球形腔。以上三类情况的转变边界仅与无量纲的外阿尔芬马赫数有关,可以方便地向天文对象推广。我们将外流各种可能形貌均归结到二维分类图中,自变量轴分别由强磁化极限的外阿尔芬马赫数和弱磁化极限的声学马赫数构成,覆盖强磁化、弱磁化、高速外流、低速外流极限的所有五种外流形貌情况:弱磁场弱驱动、声波扰动时的球形膨胀;弱磁场强驱动、爆炸波（blastwave）扰动时的球形腔（spherical lobe）;强磁场弱驱动、磁声波扰动时的准直射流;强磁场中等驱动、switch-on激波时的节状射流;强磁场强驱动、单层磁化激波时的椭球形腔（less-collimated lobe）。实验结果重现了数值模拟发现的规律性,逐渐增加背景气体密度时,光学干涉和自发光成像都观测到了受磁场约束的外流从准直射流转换为节状射流最终转化为椭球形腔,形貌转换的磁场和背景气体参数界限也与分类图预测一致。我们将实验外流形貌与三类相关天体对象建立了联系:原恒星射流、行星状星云双极腔体、太阳系弓形激波面:它们均拥有中心膨胀风和高密度磁化星际风背景。文中计算保证了实验与各天文出流的无量纲变换成立,即热传导、磁耗散、辐射致冷效应强度均可忽略,同时给出了给出了标度变换时实验室结果到天体的时空尺度放大系数。特别的,我们的实验在标度变换对应的高密度条件下重现了HH212的节状射流,这可能给天体中节状射流的产生机制提供新的理论模型。通过以上所述的模拟和实验研究,我们得到两个重要结论:一、我们的结果有力地支持了原恒星等天体中纵向磁场准直外流的理论模型,即盘风携带的数十毫高斯磁场足以有效准直包裹在内的核心风;二、准直射流、节状射流和椭球形腔等三种磁化天体外流形貌可以由统一的理论模型解释:亚阿尔芬膨胀时表现为准直射流,1<Ma<2的中等超阿尔芬膨胀时产生节状射流,Ma>2的高超阿尔芬膨胀时产生椭球形腔。这些结果可以解释一系列原恒星和行星状星云形貌的形成机制,也有助于理解太阳风与星际背景分界面的弓形激波结构。
卢国愿[7]（2020）在《静态时空的理想玻色气体》文中研究指明本文采用广义相对论的方法研究了静态时空中的小盒子理想玻色气体和包围在黑洞视界附近的二维球面玻色气体。得到了这两种模型的态密度,巨配分函数,热力学量（包括平均能量E,平均粒子数N,平均熵S,平均压强P）的统计表达式。研究表明:这些巨配分函数与热力学量统计表达式会受到引力场的影响,特别是在黑洞视界附近,这些物理量会呈现一种发散的行为;当玻色气体系统远离引力场源时,这些巨配分函数和热力学量统计表达式就回到非相对论或者极端相对论的情况。此外还研究了两种模型发生玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的临界温度Tc和凝聚比例N0/N。研究表明,临界温度会受到引力场的影响,特别是在黑洞视界附近,临界温度会趋向零;当玻色气体远离引力源时,临界温度会回到以前的人们熟知的非相对论情况或者极端相对论情况,但是凝聚比例公式仍然和非相对论以及极端相对论情况一样。另外,本文也研究了平直时空中的热力学系统的麦克斯韦关系和热力学三大定律的洛伦兹变换性质。结果表明:在普朗克变换的框架下热力学的麦克斯韦关系和热力学三大定律具有洛伦兹不变性,即麦克斯韦关系和热力学三大定律与参考系无关。同时,本文也在普朗克温度变换的框架下证明了“有质量物体不可达到真空光速”和“物体的温度不能达到绝对零度”的表述是等价的。为进一步研究弯曲时空的热力学系统的协变性奠定了基础。
喻豪[8]（2020）在《Horndeski引力模型以及动态真空模型中的粒子生成》文中研究指明近几年来,引力波的探测和相关研究成为了宇宙学中最热门的课题,同时也给早期宇宙的探索带来了希望。一些物理学家认为,随机引力波起源于早期宇宙的暴胀场衰变和宇宙弦,因此随机引力波的探测对研究早期宇宙具有重要意义。与随机引力波类似,基本粒子的起源也与宇宙的开端密切相关。而且,研究粒子生成可以弥补用引力波研究早期宇宙的不足,例如,粒子生成可以研究引力波不能提供的宇宙的热力学性质。此外,粒子之间的转换会影响宇宙的演化过程和宇宙大尺度结构的形成,甚至可能会影响宇宙的最终命运。因此,粒子的起源及其相互转换是宇宙学研究的一个重要课题。在这篇论文中,我们在Horndeski引力模型以及动态真空模型中研究了宇宙学中粒子生成的三个相关问题:标量粒子的生成;早期宇宙中相对论性粒子的生成以及晚期宇宙中非相对论性粒子的生成;粒子生成和非粒子生成的相互作用是否具有热力学差异?在引言中,从微观和宏观两个方面介绍了粒子生成的研究历史,并对相关的重要工作简单地进行了回顾。在第二章中,我们讨论了标量粒子在空间均匀且各向同性的宇宙背景中的生成。为了解析地研究粒子生成随时间的演化,考虑了一个简化的Horndeski引力模型。首先假设宇宙由一个标量场主导,并得出其能量守恒的条件。然后,从热力学的角度出发,将标量场的能动张量在宏观尺度下的不守恒解释为标量粒子的不可逆生成或湮灭。基于该解释,获得了标量粒子的生成率和相应的熵。考虑到通常宇宙可以被视为满足热力学定律的封闭系统,可以对它施加一些热力学约束。因此,根据宇宙的热力学性质,得到了关于这个简化Horndeski引力模型的额外约束。过去对Horndeski引力模型的约束主要依赖于宇宙中的观测数据,每一次数据的更新意味着会得到不同的结果。然而,利用粒子生成的热力学效应来约束Horndeski引力模型则可以避免这种不确定性,本论文的研究是利用这一方法来约束Horndeski引力模型的首次尝试。在第三章中,在具有动态真空的宇宙模型下研究了粒子的生成和相应的熵增。我们主要考虑了一个称为“运行真空模型”的特定模型,分析了该模型中粒子生成的一般热力学性质以及相应的熵生成。首先研究了在该模型的早期宇宙和晚期宇宙阶段,整个共动体积内的粒子熵。然后,为了与观测对比,考察了表观视界的内部和表面对宇宙总熵的贡献。结合视界内部的体积（粒子）熵以及视界熵,详细地证明了宇宙的熵的演化满足推广的热力学第二定律和热平衡定律,并证明了其根本原因是真空能量密度中存在一个正的宇宙学常数项。关于运行真空模型的热力学性质的研究在一些文献中也有涉及,但是这些工作都缺乏对宇宙早期和晚期的完整描述和系统性分析。本论文的研究对运行真空模型在宇宙不同时期的热力学性质做了全面的分析,弥补了以往研究的不足。在第四章中,研究了一般动态真空模型中的粒子生成。讨论的重点是物质之间不同形式的能量交换是否会导致系统的不同熵增。对于获得能量的物质,有两种可能的结果:一种是粒子总数增加,而另一种则是单个粒子的能量增加。研究这两种情况引起的熵增是否相同对预测宇宙未来的演化是具有指导意义的。我们首先考虑由光子气体和真空组成的早期宇宙,发现这两种情况的熵增是一致的。然而,对于一个由理想气体组成的宇宙,结论是熵增通常是不一样的。我们目前还没有发现过去存在类似的研究,本论文的研究内容是解决这一问题的首次尝试。最后,在第五章中,对全文做了详细的总结,并指出了该研究需要完善的地方。未来值得研究的方向以及需要解决的问题还有很多,我们罗列了一些重要的方向和问题。
乔琛凯[9]（2020）在《暗物质直接探测实验中相关的原子物理过程研究》文中研究指明暗物质问题是当今粒子物理学、天体物理学、天文学、宇宙学中的重要研究课题之一。目前,越来越多的天文学证据表明宇宙中存在大量不发光的暗物质。因此,对暗物质进行直接探测,是意义重大且迫在眉睫的事。暗物质直接探测实验主要是通过收集暗物质粒子与探测器原子散射之后产生的电离、闪烁光、热信号等,来探测暗物质粒子。在探测实验中所采用的探测器处在原子环境中,存在各种各样的原子物理过程。在暗物质探测实验中,了解探测器中的原子物理过程起着至关重要的作用。原子物理过程不仅仅对暗物质探测实验的本底分析十分关键,它们还能开辟新的实验探测通道,来探测未知的暗物质粒子。因而,研究这些原子物理过程对暗物质直接探测实验的影响,十分必要。在这篇学位论文中,根据暗物质直接探测实验的需求,选取两个典型的原子物理过程进行研究,它们是原子康普顿散射过程以及微小电荷粒子对原子的电离过程。其中,原子康普顿散射是暗物质直接探测实验中重要的X射线和伽马射线本底,研究原子康普顿散射可以有助于分析暗物质探测实验的本底过程。微小电荷粒子是超越标准模型理论中预言出的一类亚原子新粒子,带有非常微小的电荷。微小电荷粒子对原子的电离过程,是实验上探测微小电荷粒子的通道,研究这一过程,可以有助于从实验上来寻找微小电荷粒子,并限制其物理参数。在原子康普顿散射的研究中,本文利用相对论冲量近似方法,研究了 Si、Ge、Ar、Xe等原子的康普顿散射过程,这些元素构成暗物质直接探测实验的探测器材料。本文计算并分析了原子康普顿散射的散射函数,并研究了康普顿散射过程的微分截面以及康普顿散射能谱。在计算中,为了考虑相对论效应的影响,本文用全相对论的Dirac-Fock理论以及多组态Dirac-Fock理论来得到原子的基态波函数。这些理论计算结果显示,对低能量转移或低动量转移的康普顿散射过程,原子多体效应对康普顿散射有较大影响。未来,我们将通过实验来验证这些理论计算结果。除此之外,在原子康普顿散射的研究中,本文还对相对论冲量近似的算法进行了改进,并与之前的相对论冲量近似标准算法进行了对比。利用改进的相对论冲量近似算法,可以从数值上对Roland Ribberfors等人的相对论冲量近似标准处理方法中采用的某些简化近似进行检验。理论计算结果显示:当末态光子能量靠近“康普顿峰”区域时,Roland Ribberfors等人采取的近似才是合理的;当末态光子能量远离“康普顿峰”时,Roland Ribberfors等人的某些近似不再成立。通过与散射矩阵方法的结果以及实验测量对比,表明在远离“康普顿峰”区域,改进的相对论冲量近似算法仍然不够精确。这是由冲量近似方法本身的局限所导致的:冲量近似中,量子多体效应仅仅表现在电子运动学上,在散射的动力学过程中考虑得不充分。未来,将开发更新的方法,对康普顿散射进行更深入的研究。在微小电荷粒子的研究中,本文成功地将计算原子康普顿散射的相对论冲量近似方法,应用于微小电荷粒子对原子电离过程中。本文推导了理论公式并进行数值计算,并将结果与自由电子近似、等效光子近似等方法进行了对比。具体地,本文计算了微小电荷粒子对Ge、Xe原子电离的微分截面,还对进入探测器中该反应的事例数进行了估计。根据对探测器中反应事例数的估算,可以预言:在未来的探测实验中,假定探测器能量阈值可以达到100 eV,探测器本底水平可以达到0.1 count/kg·keV·day,可以将暗物质粒子微小电荷的探测灵敏度提高到δχ～10-8量级,并将中微子微小电荷的探测灵敏度提高到δv～10-12量级。
蒲瑾[10]（2020）在《弯曲时空与量子引力理论的相关研究》文中认为弯曲时空和量子引力理论的相关研究是当前天体物理和理论物理的热点和前沿课题之一。为了进一步揭示引力和时空的本质,本文重点研究在非相对论条件下限制修改色散关系中表征普朗克尺度效应的参数,利用双狭义相对论（DSR）研究黑洞霍金辐射,构建含有高阶修正项的广义测不准关系（GUP）并研究其对黑洞热力学性质的影响,揭示洛伦兹不变性破缺对黑洞霍金辐射的影响。本文既有理论研究与实验观测的结合,又有理论的发展和应用研究。属于理论物理与致密天体物理交叉学科的研究,也是对量子引力有效理论的应用研究。主要的研究内容及结果如下:1.利用超高精度的氢原子1S-2S跃迁实验对修改色散关系中表征普朗克尺度效应的参数进行限制。对于非相对论条件下修改色散关系中的一阶项,本实验可以得到|ξ1|≤1.3,与冷原子反冲实验限制ξ1=-1.8±2.1的结果一样,也给出了非常有意义的限制。从而,确定可以用氢原子1S-2S跃迁实验来完成在期望的普朗克尺度灵敏度研究引力的量子性质。对于修改色散关系中的二阶项,本实验得出的界限为|ξ2|<1.7 × 102,虽然与可能探测的普朗克尺度还相差两个数量级。但是,这个结果比冷原子反冲实验得出|ξ2|<109要小7个数量级,这已经是非相对论条件下得出的最好限制。2.基于DSR中修改的色散关系,将普朗克尺度效应对霍金辐射影响的研究从之前的静态和稳态黑洞时空推广到动态黑洞时空。之前的研究是从自旋为1/2费米子推导出修正的Hamilton-Jacobi方程,本文是从描述更为一般的自旋为1/2半整数倍费米子运动的Rarita-Schwinger方程出发,应用半经典近似方法,得出了普朗克尺度效应修正的Hamilton-Jacobi方程。然后,应用这个修正的方程讨论了费米子从动态Kerr黑洞的霍金辐射,结果发现:普朗克尺度效应不仅会对黑洞的热辐射性质带来修正,而且对于动态的旋转黑洞来说,黑洞视界处修正后的隧穿率和霍金温度不再只是黑洞径向的性质,也与黑洞的角向性质有关。3.R.Banerjee和S.Ghosh的研究发现,当考虑含有一阶和二阶修正的GUP模型对黑洞热力学演化行为的影响时,黑洞蒸发过程停止在残余质量大于临界质量处,因此他们认为奇点问题能够自然地被避免。本文对Banerjee-Ghosh的工作进行了重新调查,有趣地发现:当考虑GUP效应时,黑洞蒸发的最后阶段其残余质量一直是等于临界质量,并且此时热力学量也不是奇异的。事实上,临界质量是根据热力学第三定律关于温度有效范围的定义得出的,残余质量是通过热容等于0或者熵不随质量变化得出的,这两个质量相等的结果意味着在经典引力中建立起来的热力学第三定律和宇宙监督假设之间的对应关系,在量子引力中仍然成立。同时,这揭示了热力学第三定律可以作为量子时空不能超过普朗克尺度以上的这个因果关系的监督者,从而为解释量子引力的时空中存在一个最小可观测长度提供一个可能的热力学解释。4.基于S.Hossenfelder等人构建GUP关系的思想,通过修正德布罗意关系,构建了新的含有高阶修正项的GUP关系。与从三个基本假设建立Banerjee-Ghosh的GUP关系相比,新GUP关系给出了粒子波矢和动量之间的具体函数形式。然后,利用新GUP关系讨论Schwarzschild黑洞的蒸发演化过程,结果发现:在量子引力修正下,黑洞不会完全蒸发,黑洞蒸发截止时残余质量一直等于临界质量。这个结果再次证实热力学第三定律和宇宙监督假设之间的对应关系在量子引力中仍然成立。最后,对黑洞残余进一步分析发现黑洞残余的类型依赖于GUP模型中修正项取值的正负。5.基于标准模型扩展（SME）理论提出了研究洛伦兹不变性破缺对黑洞霍金辐射影响的方法。通过将洛伦兹不变性破缺与隧穿辐射性质相联系,有助于更加深刻地理解洛伦兹破缺所带来的量子效应。本文主要研究了洛伦兹破缺对标量粒子和费米子从带电Reissner-Nordstrom黑洞和动态Vaidya黑洞霍金隧穿辐射的影响,结果有趣地发现:洛伦兹不变性破缺项对黑洞隧穿辐射性质带来了修正,特别是在旋量场中,只有类以太项影响费米子隧穿辐射性质,与CFJ项和手征项无关。
二、非相对论理想气体状态方程的理论推导（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、非相对论理想气体状态方程的理论推导（论文提纲范文）
（1）宇宙高能粒子的起源（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 引言 |
| 第2章 宇宙射线的观测 |
| 2.1 地球附近的宇宙射线 |
| 2.1.1 基本特征 |
| 2.1.2 能谱精细结构 |
| 2.2 超新星遗迹的宇宙射线 |
| 2.2.1 辐射能谱 |
| 2.2.2 能谱演化和银河系空间分布 |
| 第3章 宇宙射线的超新星遗迹起源 |
| 3.1 输运方程 |
| 3.1.1 唯象观点 |
| 3.1.2 动理学推导 |
| 3.1.3 扩散系数 |
| 3.2 扩散激波加速 |
| 3.2.1 稳态模型 |
| 3.2.2 时间依赖模型 |
| 3.3 宇宙射线的传播 |
| 3.3.1 漏箱模型 |
| 3.3.2 太阳调制 |
| 3.4 时间依赖的超新星遗迹粒子加速模型 |
| 3.4.1 最大加速能量 |
| 3.4.2 双阶段模型 |
| 3.4.3 对膝能量以上宇宙射线的贡献 |
| 第4章 扩散激波加速的非线性效应 |
| 4.1 流体力学 |
| 4.1.1 守恒定律 |
| 4.1.2 激波 |
| 4.2 双流体激波 |
| 4.2.1 宇宙射线流体 |
| 4.2.2 加速效率 |
| 4.2.3 注入率 |
| 4.2.4 逃逸过程 |
| 4.3 双流体自相似冲击波 |
| 4.3.1 超新星遗迹的演化 |
| 4.3.2 球对称爆炸 |
| 4.3.3 随机磁场的作用 |
| 第5章 粒子幂律能谱的热平衡观点 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 正则系综 |
| 5.2.1 态密度 |
| 5.2.2 统计描述 |
| 5.2.3 最概然分布 |
| 5.2.4 幂律分布 |
| 5.3 热力学量 |
| 5.3.1 均匀系统 |
| 5.3.2 热力学极限 |
| 5.4 讨论 |
| 第6章 总结 |
| 参考文献 |
| 补充材料 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（2）相对论磁流体力学的理论研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 相对论重离子碰撞与夸克胶子等离子体简介 |
| 1.2 相对论流体力学 |
| 1.3 相对论耗散流体力学的问题 |
| 1.4 约定和符号 |
| 1.5 本文提纲 |
| 第二章 热力学和相对论流体力学 |
| 2.1 热力学 |
| 2.2 相对论理想流体力学 |
| 2.3 协变热力学 |
| 2.4 相对论耗散流体力学 |
| 2.4.1 匹配条件 |
| 2.4.2 耗散量的张量分解 |
| 2.4.3 速度场的定义 |
| 2.4.4 相对论Navier-Stokes理论 |
| 2.4.5 Israel-Stewart理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 相对论理想磁流体力学 |
| 3.1 洛伦兹变换 |
| 3.2 相对论气体动力学和能动量张量 |
| 3.3 电磁场张量和麦克斯韦方程 |
| 3.4 相对论理想磁流体力学 |
| 3.5 1+1维相对论磁流体力学中的解析Bjorken流 |
| 3.6 含纵向加速度的1+1维相对论磁流体力学 |
| 3.7 含磁化效应的1+1维相对论磁流体力学 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 相对论电阻磁流体力学 |
| 4.1 相对论耗散磁流体力学 |
| 4.2 反常磁流体力学 |
| 4.3 含纵向加速度的1+1维相对论电阻磁流体力学 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 角动量粘滞流体力学 |
| 5.1 角动量理想流体力学 |
| 5.1.1 热力学 |
| 5.1.2 角动量理想流体力学 |
| 5.1.3 协变热力学 |
| 5.2 角动量粘滞流体 |
| 5.2.1 匹配条件 |
| 5.2.2 耗散量的张量分解 |
| 5.2.3 速度场的定义 |
| 5.2.4 一阶角动量粘滞流体力学 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 工作总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 附录A 附录 |
| A.1 坐标变换 |
| A.1.1 Minkowski时空 |
| A.1.2 光锥坐标 |
| A.1.3 Milne坐标 |
| A.2 电磁场变换规则 |
| 参考文献 |
| 在校期间发表的论文、科研成果等 |
| 致谢 |
（3）QCD手征相变的若干有效模型研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子色动力学简介 |
| 1.2 量子色动力学的性质 |
| 1.2.1 渐近自由与色禁闭 |
| 1.2.2 手征对称性 |
| 1.3 QCD相结构与重离子碰撞 |
| 1.3.1 QCD相图 |
| 1.3.2 相对论重离子碰撞 |
| 1.4 热力学几何 |
| 1.5 本文工作 |
| 第二章 热力学几何 |
| 2.1 热力学几何方法简介 |
| 2.2 Ruppeiner几何理论形式 |
| 2.3 热力学几何的实际应用情况 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 夸克-介子模型的相变 |
| 3.1 夸克-介子模型简介 |
| 3.1.1 夸克介子模型的手征对称性与其自发破缺 |
| 3.1.2 有效势 |
| 3.2 夸克-介子模型的相变 |
| 3.2.1 热力学曲率 |
| 3.2.2 临界线上的热力学几何 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 有限尺寸下的相变 |
| 4.1 有限尺寸效应的引入 |
| 4.2 较低温度下的相变 |
| 4.2.1 热力学势 |
| 4.2.2 较低温度下的相变 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 博士期间其他工作:中子星中的直接Urca过程 |
| 5.1 中子星物理简介 |
| 5.1.1 脉冲星的观测 |
| 5.1.2 中子星的理论研究 |
| 5.2 中子星的冷却 |
| 5.3 直接Urca过程 |
| 5.3.1 直接Urca过程的中微子发射率 |
| 5.3.2 相空间积分处理 |
| 5.4 数值结果与讨论 |
| 5.4.1 Fock项效应 |
| 5.4.2 对中微子亮度的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 插图 |
| 附录A 协变密度泛函理论中的介质效应 |
| 附录B 相空间积分处理方法 |
| B.1 立体角积分 |
| B.2 动量(能量)积分 |
| 在读期间的研究成果 |
| 致谢 |
（4）基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究（论文提纲范文）
| 内容摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 原子光学的发展 |
| 1.2 激光冷却与囚禁技术 |
| 1.3 超冷原子体系简介 |
| 1.4 自旋轨道耦合效应 |
| 1.4.1 自旋霍尔效应 |
| 1.4.2 反常霍尔效应 |
| 1.5 超冷原子的自旋轨道耦合 |
| 1.6 本文的创新点和研究内容 |
| 第二章 原子的赝自旋轨道耦合 |
| 2.1 自旋轨道耦合的起源 |
| 2.1.1 经典解释 |
| 2.1.2 相对论量子力学中的自旋轨道耦合 |
| 2.2 原子赝自旋轨道耦合的产生 |
| 2.2.1 双光子拉曼耦合 |
| 2.2.2 原子赝自旋轨道耦合的实验实现 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于自旋轨道耦合的原子反射镜 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论模型 |
| 3.2.1 阶梯势垒散射模型 |
| 3.2.2 消逝波的不同状态 |
| 3.3 原子反射镜的不同散射状态 |
| 3.4 反射率和极化率的计算 |
| 3.5 入射角和自旋轨道耦合强度对原子反射镜的影响 |
| 3.6 一维自旋轨道耦合情况 |
| 3.7 讨论 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 狄拉克-外尔费米子的自旋分束器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 石墨烯中的狄拉克费米子 |
| 4.3 克莱因隧穿 |
| 4.4 光晶格中的原子自旋依赖跃迁 |
| 4.4.1 光晶格的形成 |
| 4.4.2 自旋依赖跃迁的实现 |
| 4.5 任意自旋的狄拉克-外尔费米子 |
| 4.6 狄拉克-外尔费米子的双折射克莱因隧穿 |
| 4.6.1 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的双折射隧穿模型 |
| 4.6.2 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的透射率 |
| 4.7 狄拉克-外尔费米子的Goos-H?nchen位移 |
| 4.7.1 GH位移效应 |
| 4.7.2 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的GH位移 |
| 4.8 影响狄拉克-外尔费米子自旋分束器效率的因素 |
| 4.8.1 透射率和GH位移与入射角的关系 |
| 4.8.2 透射率和GH位移与势垒宽度的关系 |
| 4.8.3 透射率和GH位移与势垒高度的关系 |
| 4.9 讨论 |
| 4.10 本章小结 |
| 第五章 非磁性原子单向自旋开关 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.2.1 单原子散射模型 |
| 5.2.2 伽利略不变性的破坏 |
| 5.3 不同势垒速度下的原子散射特性 |
| 5.4 透射率和自旋极化率的计算 |
| 5.5 势垒对原子单向自旋开关的影响 |
| 5.5.1 低势垒下势垒速度对透射率和自旋极化率的影响 |
| 5.5.2 高势垒下势垒速度对透射率和自旋极化率的影响 |
| 5.5.3 势垒高度和宽度对透射率和自旋极化率的影响 |
| 5.5.3.1 低速势垒情况 |
| 5.5.3.2 中速势垒情况 |
| 5.5.3.3 高速势垒情况 |
| 5.6 讨论 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 附录A 狄拉克-外尔费米子反射率和透射率的求解 |
| 参考文献 |
| 科研成果目录 |
| 致谢 |
（5）宇宙中的重子物质及其相关物理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 宇宙学简介 |
| 1.1 宇宙学原理 |
| 1.2 Robertson–Walker度规 |
| 1.3 红移 |
| 1.4 角直径距离 |
| 1.5 相对论宇宙学与Friedmann方程 |
| 1.6 原初核合成与原初气体 |
| 1.7 复合 |
| 1.8 引力不稳定 |
| 1.9 Press–Schechter形式 |
| 第2章 气态晕(Gaseous Halos)的演化和形成 |
| 2.1 基本的流体力学和辐射过程 |
| 2.1.1 冷却效应 |
| 2.1.2 加热效应 |
| 2.2 流体力学平衡 |
| 2.2.1 气体密度分布 |
| 2.2.2 对流不稳定 |
| 2.2.3 Virial定理应用于气态晕 |
| 2.3 热气体晕的形成 |
| 2.3.1 吸积冲击(Accretion Shocks) |
| 2.3.2 碰撞气体(Collis ional Gas)的自相似坍缩 |
| 2.3.3 无碰撞成分的影响 |
| 2.3.4 球状坍缩的更一般的模型 |
| 2.4 气态晕的辐射冷却 |
| 2.4.1 均匀云的辐射冷却时间尺度 |
| 2.4.2 冷却半径的演化 |
| 2.4.3 冷却波的自相似解 |
| 2.4.4 有冷却效应的球坍缩 |
| 2.5 冷却气体的热和流体不稳定 |
| 2.5.1 热不稳定 |
| 2.5.2 流体动力学不稳定 |
| 2.5.3 热传导 |
| 2.6 有能量源的气态晕演化 |
| 2.6.1 冲击波 |
| 2.6.2 风和风驱泡(Wind-Driven Bubbles) |
| 2.6.3 超新星反馈和星系形成 |
| 2.7 数值模拟的结论 |
| 2.7.1 不考虑辐射冷却的三维坍缩 |
| 2.7.2 考虑辐射冷却的三维坍缩 |
| 第3章 星系际介质 |
| 3.1 星系际介质的电离态 |
| 3.1.1 复合后的物理条件 |
| 3.1.2 IGM的平均光深 |
| 3.1.3 Gunn-Peterson测试 |
| 3.1.4 来自宇宙微波背景的约束 |
| 3.2 电离源 |
| 3.2.1 光致电离与碰撞电离 |
| 3.2.2 类星体和年轻星系的发射率 |
| 3.2.3 中间吸收衰减 |
| 3.2.4 紫外背景的观测约束 |
| 3.3 星系际介质的演化 |
| 3.3.1 热演化 |
| 3.3.2 电离演化 |
| 3.3.3 再电离的时代 |
| 3.3.4 用 21cm线的发射和吸收探测再电离 |
| 3.4 吸收线的一般性质 |
| 3.4.1 分布函数 |
| 3.4.2 热致宽 |
| 3.4.3 固有增宽(Natural Broadening)与Voigt分布 |
| 3.4.4 等效线宽和柱密度 |
| 3.4.5 常见的QSO吸收线系统 |
| 3.4.6 光致电离模型 |
| 3.5 Lyman线丛 |
| 3.5.1 红移演化 |
| 3.5.2 柱密度分布 |
| 3.5.3 Doppler参数 |
| 3.5.4 吸收体的尺度 |
| 3.5.5 金属度 |
| 3.5.6 成团 |
| 3.5.7 低红移的线丛 |
| 3.5.8 氦的线丛 |
| 3.6 线丛的模型 |
| 3.6.1 早期模型 |
| 3.6.2 线丛的分层模型 |
| 3.6.3 流体力学模拟中的线丛 |
| 3.7 极限系统 |
| 3.8 阻尼系统 |
| 3.8.1 柱密度分布 |
| 3.8.2 红移演化 |
| 3.8.3 金属度 |
| 3.8.4 运动学 |
| 第4章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）磁化背景气体塑造天体外流的实验室研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 磁化等离子体动力学演化研究 |
| 1.2 天体物理现象的实验室研究方法 |
| 1.3 论文主体结构 |
| 第2章 天体外流研究综述 |
| 2.1 天体外流的观测和理论模型 |
| 2.1.1 太阳系磁化弓形激波界面 |
| 2.1.2 原恒星准直流 |
| 2.1.3 行星状星云准直流 |
| 2.1.4 天体相对论性准直流 |
| 2.2 天体准直外流的实验室研究进展 |
| 2.2.1 纯流体和辐射效应产生天体准直流 |
| 2.2.2 磁流体效应产生天体准直流 |
| 2.2.3 磁场和等离子体界面的槽纹不稳定性 |
| 2.2.4 磁化激光等离子体中的粒子加速过程 |
| 第3章 磁流体模拟程序和实验装置介绍 |
| 3.1 辐射磁流体模拟程序 |
| 3.1.1 磁流体程序FLASH基本特征 |
| 3.1.2 非理想磁流体解法器USM |
| 3.1.3 三温辐射流体解法器3T |
| 3.1.4 FLASH运行环境要求 |
| 3.1.5 FLASH编译可执行代码流程 |
| 3.1.6 真实物性数据库 |
| 3.1.7 数据后处理 |
| 3.2 脉冲磁场发生装置 |
| 3.2.1 装置构成与使用方法 |
| 3.2.2 线圈内磁场分布 |
| 3.3 激光等离子体靶场系统 |
| 3.3.1 激光和靶材 |
| 3.3.2 靶室系统 |
| 3.3.3 各子系统时序同步 |
| 3.4 实验诊断 |
| 3.4.1 等离子体自发光形貌诊断 |
| 3.4.2 等离子体密度飞秒干涉诊断 |
| 3.4.3 其它辅助诊断手段 |
| 第4章 磁化背景气体中天体外流演化的模拟研究 |
| 4.1 模拟参数设置 |
| 4.2 模拟结果:恒定20T纵向磁场、改变背景气体密度 |
| 4.2.1 20T纵向磁场、真空环境时外流的时空演化 |
| 4.2.2 20T纵向磁场、改变背景气体密度时外流的时空演化 |
| 4.3 磁化背景与外流作用物理机制和受力分析 |
| 4.3.1 等离子体膨胀过程中间断面的分类 |
| 4.3.2 背景冲压、磁压比例与外阿尔芬马赫数的联系 |
| 4.3.3 外流和背景受力分析 |
| 4.4 模拟结果:恒定背景密度、改变纵向磁场强度 |
| 4.4.1 20T纵向磁场,高低背景气体时外流演化的三维模拟 |
| 4.5 各类间断面的磁流体理论模型 |
| 4.5.1 磁流体激波边界条件 |
| 4.5.2 外流对应的磁流体间断类型 |
| 4.5.3 间断模式决定外流稳态形貌 |
| 4.6 总结 |
| 第5章 磁化背景气体中天体外流演化的实验研究 |
| 5.1 实验参数设置 |
| 5.2 实验结果:恒定8T纵向磁场、改变背景气体密度 |
| 5.2.1 8T纵向磁场、真空环境时外流的时空演化 |
| 5.2.2 8T纵向磁场、改变背景气体密度时外流的时空演化 |
| 5.2.3 8T纵向磁场、改变背景气体密度时外流的稳态结构比较 |
| 5.3 模拟验证 |
| 5.3.1 自生磁场对靶点附近流场的影响 |
| 5.3.2 同实验参数,外流形貌的模拟验证 |
| 5.4 总结 |
| 第6章 磁化天体外流的实验室结果与天文观测对比 |
| 6.1 类比原恒星准直流HH212 |
| 6.1.1 HH212外流形貌和磁场观测 |
| 6.1.2 实验室验证纵场准直模型稳健性和准直流精细结构 |
| 6.2 类比行星状星云M2-9 |
| 6.2.1 M2-9观测形貌和磁场模型 |
| 6.2.2 实验室重现行星状星云双极腔体 |
| 6.3 类比日球层结构 |
| 6.3.1 日球层结构及磁场观测 |
| 6.3.2 实验室类比日球层形貌 |
| 6.4 总结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）静态时空的理想玻色气体（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 一、引言 |
| (一)玻色-爱因斯坦凝聚简介 |
| (二)狭义相对论简介 |
| 1.洛伦兹变换 |
| 2.狭义相对论中的时间和空间 |
| 3.狭义相对论中的能量 |
| (三)广义相对论简介 |
| 1.广义坐标变换 |
| 2.广义相对论中的时间和空间 |
| 3.广义相对论中的能量 |
| 4.弯曲时空的定义 |
| 5.弯曲时空中的态密度 |
| 6.爱因斯坦方程和稳态时空的度规 |
| (四)非相对论玻色气体的BEC |
| 1.均匀玻色气体的BEC |
| 2.外场中玻色气体的BEC |
| (五)相对论玻色气体的BEC |
| 1.均匀相对论玻色气体的BEC |
| 2.外场中相对论玻色气体的BEC |
| (六)弯曲时空中相对论玻色气体的BEC |
| (七)本研究的动机和本论文的组成 |
| 二、小盒子理想玻色气体 |
| (一)态密度 |
| 1.能量空间的态密度 |
| 2.动量空间的态密度 |
| (二)巨配分函数 |
| (三)热力学量统计表达式 |
| (四)临界温度与凝聚比 |
| 1.临界温度 |
| 2.凝聚比例 |
| 三、二维球面玻色气体 |
| (一)态密度 |
| (二)巨配分函数 |
| (三)热力学量统计表达式 |
| (四)临界温度和凝聚比例 |
| 1.临界温度 |
| 2.凝聚比例 |
| (五)有质量二维球面玻色气体 |
| 四、麦克斯韦关系和热力学定律的洛伦兹协变性 |
| (一)状态变量的洛伦兹变换 |
| (二)温度和压强以及化学势的洛伦兹变换 |
| (三)麦克斯韦关系的协变性 |
| 1.麦克斯韦关系的推出 |
| 2.麦克斯韦关系的协变性 |
| (四)热力学定律的协变性 |
| 1.热力学第一定律的协变性 |
| 2.热力学第二定律的协变性 |
| 3.热力学第三定律的协变性 |
| 4.麦克斯韦关系和热力学三大定律协变性的讨论 |
| 五、总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（8）Horndeski引力模型以及动态真空模型中的粒子生成（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 发展历史 |
| 1.2 粒子生成理论 |
| 1.2.1 粒子生成的微观理论 |
| 1.2.2 粒子生成的宏观理论 |
| 1.3 论文的研究动机和结构 |
| 第二章 宇宙学背景下简化Horndeski引力模型中的标量粒子生成 |
| 2.1 Horndeski引力模型简介 |
| 2.2 标量粒子生成与热力学 |
| 2.2.1 简化Horndeski引力模型中标量粒子生成的物理解释 |
| 2.2.2 标量粒子的生成率和熵 |
| 2.2.2.1 λ_1=0和λ_2≠0 |
| 2.2.2.2 λ_1≠0和λ_2=0 |
| 2.2.2.3 λ_1≠0和λ_2≠0 |
| 2.3 表观视界内的粒子以及表观视界熵 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 宇宙学背景下运行真空模型中的粒子生成 |
| 3.1 运行真空模型简介 |
| 3.2 粒子生成和熵:基本公式 |
| 3.2.1 粒子生成和熵流 |
| 3.2.2 生成压和体积黏度 |
| 3.2.3 熵的演化和膨胀宇宙的热力学第二定律 |
| 3.3 运行真空模型 |
| 3.3.1 动态真空模型 |
| 3.3.2 运行真空模型 |
| 3.3.3 当前宇宙的运行真空模型解 |
| 3.3.4 早期宇宙的运行真空模型解 |
| 3.4 共动体积内的粒子生成和熵的演化 |
| 3.4.1 从当前宇宙至最终的de Sitter宇宙 |
| 3.4.2 从早期暴胀宇宙至辐射主导宇宙 |
| 3.5 表观视界内的粒子生成和推广的热力学定律 |
| 3.5.1 宇宙的视界和熵 |
| 3.5.2 从当前宇宙至最终的de Sitter宇宙 |
| 3.5.3 从早期暴胀宇宙至辐射主导宇宙 |
| 3.5.4 在运行真空模型中解决熵(视界)疑难 |
| 3.5.5 通往热力学平衡的漫漫长路 |
| 3.6 推广的运行真空模型 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 粒子熵增的两种形式 |
| 4.1 (?)=0 VS (?)≠0 |
| 4.2 光子气体和熵的两个来源 |
| 4.2.1 常体积宇宙 |
| 4.2.2 膨胀宇宙 |
| 4.3 一般的理想气体 |
| 4.3.1 常体积宇宙 |
| 4.3.2 膨胀宇宙 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（9）暗物质直接探测实验中相关的原子物理过程研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 常用缩略词表 |
| 常用符号表 |
| 第一章 前言 |
| 1.1 暗物质存在的证据与暗物质探测的意义 |
| 1.2 暗物质的候选者 |
| 1.3 暗物质探测方法 |
| 1.4 暗物质直接探测现状 |
| 1.5 中国暗物质探测实验(CDEX) |
| 1.6 另一条途径——修改引力假设 |
| 1.7 课题意义和内容 |
| 1.7.1 原子康普顿散射 |
| 1.7.2 微小电荷粒子对原子的电离 |
| 1.8 论文结构 |
| 第二章 相关的原子物理以及量子多体方法 |
| 2.1 多体物理的重要性 |
| 2.2 原子轨道介绍 |
| 2.3 自洽场方法:Hartree-Fock理论以及Dirac-Fock理论 |
| 2.4 多组态Dirac-Fock理论(MCDF) |
| 第三章 原子康普顿散射的研究 |
| 3.1 原子康普顿散射的计算方法 |
| 3.1.1 自由电子近似(Free Electron Approximation) |
| 3.1.2 相对论冲量近似(Relativistic Impulse Approximation) |
| 3.1.3 来自原子体系的修正:康普顿轮廓及散射函数 |
| 3.2 康普顿散射函数以及康普顿散射对末态光子立体角微分截面的研究 |
| 3.2.1 原子散射函数的计算 |
| 3.2.2 原子散射函数差异的原因分析 |
| 3.2.3 原子各电子亚层对应的散射函数的贡献 |
| 3.2.4 一点补充:康普顿散射总截面的计算 |
| 3.2.5 小结 |
| 3.3 康普顿散射能谱的研究 |
| 3.3.1 两个简单例子 |
| 3.3.2 散射能谱中极大值与极小值的高度比 |
| 3.3.3 能谱的线性拟合及各壳层“平台”的斜率 |
| 3.3.4 各电子亚层“平台”的相对高度比 |
| 3.3.5 理论计算与模特卡罗模拟的比较 |
| 3.3.6 一点补充,特定角度范围散射的康普顿散射能谱 |
| 3.3.7 小结 |
| 3.4 相关的实验设计 |
| 3.5 本章总结 |
| 第四章 原子康普顿散射中相对论冲量近似的改进 |
| 4.1 对相对论冲量近似改进的基本思路 |
| 4.2 相对论冲量近似改进方法中对康普顿散射双重微分截面的计算 |
| 4.2.1 康普顿散射双重微分截面计算的最简单情形 |
| 4.2.2 对康普顿散射双重微分截面其它的等效计算 |
| 4.3 改进的相对论冲量近似方法的数值结果 |
| 4.3.1 对康普顿散射双重微分截面的数值结果 |
| 4.3.2 Roland Ribberfors等人近似X(K_i,K_f)≈X_(KN)和近似X(K_i,K_f)≈X(K_i (p_z),K_f(p_z))的正确性 |
| 4.3.3 等效康普顿轮廓(Effective Compton Profile) |
| 4.3.4 更多关于等效康普顿轮廓的讨论 |
| 4.3.5 数值方法的误差估计 |
| 4.4 冲量近似的局限性 |
| 4.5 改进的相对论冲量近似方法、散射矩阵方法和实验测量的对比 |
| 4.6 本章总结 |
| 第五章 微小电荷粒子对原子电离过程的研究 |
| 5.1 微小电荷粒子概述 |
| 5.2 微小电荷粒子的起源机制 |
| 5.3 微小电荷粒子对原子电离过程的计算方法 |
| 5.3.1 自由电子近似 |
| 5.3.2 等效光子近似 |
| 5.3.3 多组态混相近似(MCRRPA) |
| 5.4 将相对论冲量近似方法应用于微小电荷粒子对原子的电离过程 |
| 5.5 微小电荷暗物质粒子的研究 |
| 5.5.1 微小电荷暗物质粒子对原子电离过程的能谱 |
| 5.5.2 探测器内反应事例数的估算 |
| 5.5.3 未来实验对暗物质粒子微小电荷探测灵敏度的估计 |
| 5.6 微小电荷中微子的研究 |
| 5.6.1 太阳中微子的通量 |
| 5.6.2 微小电荷中微子对原子电离过程的能谱 |
| 5.6.3 探测器内反应事例数的估算 |
| 5.7 本章总结 |
| 第六章 研究总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.1.1 原子康普顿散射的研究总结 |
| 6.1.2 微小电荷粒子对原子电离过程的研究总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 原子单位制简介 |
| 作者在读期间科研成果简介 |
| 致谢 |
| 彩蛋 |
（10）弯曲时空与量子引力理论的相关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究历史与现状 |
| 1.2.1 双狭义相对论(DSR) |
| 1.2.2 广义测不准原理(GUP) |
| 1.2.3 标准模型扩展(SME) |
| 1.2.4 黑洞热力学性质 |
| 1.3 本论文的结构安排 |
| 1.4 本文的主要贡献与创新 |
| 第二章 量子引力修改色散关系的参数限制 |
| 2.1 修改色散关系 |
| 2.2 冷原子实验限制修改色散关系 |
| 2.3 氢原子1S-2S跃迁实验限制修改色散关系 |
| 2.3.1 参数ξ_1的限制 |
| 2.3.2 参数ξ_2的限制 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双狭义相对论与黑洞霍金辐射 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 自旋1/2费米子修正的HAMILTON-JACOBI方程 |
| 3.3 一般自旋费米子修正的HAMILTON-JACOBI方程 |
| 3.4 普朗克尺度效应与动态KERR黑洞费米子隧穿辐射 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 广义测不准原理与黑洞热力学性质 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 BANERJEE-GHOSH的GUP模型 |
| 4.3 黑洞热力学性质 |
| 4.4 修正的黑洞热力学性质 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 高阶广义测不准模型与黑洞热力学性质 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 高阶GUP模型 |
| 5.3 高阶GUP与黑洞热力学性质 |
| 5.3.1 一阶修正项 |
| 5.3.2 二阶修正项 |
| 5.4 黑洞残余 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 洛伦兹不变性破缺与黑洞霍金辐射 |
| 6.1 标量场中洛伦兹不变性破缺 |
| 6.1.1 Schwarzschild黑洞热力学性质的修正 |
| 6.1.2 Reissner-Nordstrom黑洞热力学性质的修正 |
| 6.2 旋量场中洛伦兹不变性破缺 |
| 6.2.1 Reissner-Nordstrom黑洞辐射的修正 |
| 6.2.2 动态Vaidya黑洞辐射的修正 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
四、非相对论理想气体状态方程的理论推导（论文参考文献）
- [1]宇宙高能粒子的起源[D]. 张轶然. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]相对论磁流体力学的理论研究[D]. 佘端. 华中师范大学, 2021(02)
- [3]QCD手征相变的若干有效模型研究[D]. 张博楠. 兰州大学, 2020(04)
- [4]基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究[D]. 郑任菲. 华东师范大学, 2020(02)
- [5]宇宙中的重子物质及其相关物理[D]. 张贤成. 吉林大学, 2020(08)
- [6]磁化背景气体塑造天体外流的实验室研究[D]. 陶弢. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [7]静态时空的理想玻色气体[D]. 卢国愿. 浙江师范大学, 2020(01)
- [8]Horndeski引力模型以及动态真空模型中的粒子生成[D]. 喻豪. 兰州大学, 2020(01)
- [9]暗物质直接探测实验中相关的原子物理过程研究[D]. 乔琛凯. 四川大学, 2020(11)
- [10]弯曲时空与量子引力理论的相关研究[D]. 蒲瑾. 电子科技大学, 2020(07)
标签：相对论论文; 热力学论文; 科学论文; 原子论文; 理想气体状态方程论文;