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基于热力学第一和第二定律的宇宙学场景:热力学约束下的广义宇宙学模型

广义相对论与量子宇宙学 2025-06-05 v3 宇宙学与河外天体物理 高能物理 - 唯象学

摘要

热力学第一定律和第二定律应导致一个用于讨论宇宙常数问题的一致场景。本研究旨在建立此类热力学场景,推导以平坦 Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker 宇宙为基础的宇宙学方程,并在宇宙视界上采用任意熵 SHS_{H}。随后,基于包含两个额外驱动项 fΛ(t)f_{\Lambda}(t)hB(t)h_{\textrm{B}}(t) 的通用公式推导宇宙学方程,这两个项分别用于时间可变 Λ(t)\Lambda (t) 宇宙学和 Bulk 粘性宇宙学。此外,采用第二定律对这两个项进行热力学约束,扩展了之前的分析[Phys. Rev. D 99, 043523 (2019) (arXiv:1810.11138)]。发现 SHS_{H} 偏离 Bekenstein-Hawking 熵的偏差 SΔS_{\Delta} 在这两个项中发挥重要作用。第二定律应约束我们晚期宇宙中 fΛ(t)f_{\Lambda}(t)hB(t)h_{\textrm{B}}(t) 的上限。这两个项的数量级可能与通过观测测得的宇宙常数 Λobs\Lambda_{\textrm{obs}} 的数量级一致。特别是当 SΔS_{\Delta} 接近零时,hB(t)h_{\textrm{B}}(t)fΛ(t)f_{\Lambda}(t) 分别应归零并趋于一个常数值(符合 Λobs\Lambda_{\textrm{obs}} 的数量级),似乎可从热力学中获得一个一致且可行的场景。

关键词

引用

@article{arxiv.2412.19032,
  title  = {Cosmological scenario based on the first and second laws of thermodynamics: Thermodynamic constraints on a generalized cosmological model},
  author = {Nobuyoshi Komatsu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.19032},
  year   = {2025}
}

备注

Final version accepted for publication in EPJC. Several paragraphs and references are revised. [11 pages, 1 figure]