具有因果弛豫时间的非线性条形状态方程 Israel-Stewart 流体的宇宙学
广义相对论与量子宇宙学
2025-12-19 v1 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 唯象学
流体动力学
摘要
我们利用非线性因果约束推导了条形状态方程 Israel-Stewart (IS) 流体的弛豫时间的扩展表达式，并提出了用于建模条形流体中因果粘滞耗散的新表述。利用这一广义弛豫时间，非线性 IS 方程简化为一个连接体积粘滞压强与能量密度的一阶非线性表达式，该表达式在任何均匀各向同性时空中均成立。在空间平坦的 Friedmann 宇宙情形下，采用这一扩展关系于广义非线性 IS 理论中，在线性区和非线性区均提供了一类新的解析解。我们还发现，线性区得到的有效状态方程自然地再现了文献中常被唯象引入的广义多原子气体形式。我们研究了 resulting 的动力学含义，并确定了确保流体具有可接受演化行为所需的约束条件。此外，还对耦合的 Einstein-Israel-Stewart (EIS) 系统进行了详细的动力学系统分析。最后，我们数值求解了耦合的 EIS 方程，并表明该模型可以支持瞬态哈勃慢滚膨胀阶段并平滑过渡到辐射主导宇宙，这在标准暴胀模型中难以实现。
引用
@article{arxiv.2512.16502,
title = {Cosmology with non-linear barotropic Israel-Stewart fluid with causal relaxation time},
author = {Vishnu A Pai and Titus K Mathew},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.16502},
year = {2025}
}
备注
13 Pages, 11 figures