宇宙状态方程

宇宙时空常以 FRW 度规描述，尽管采用这一优雅且简便的爱因斯坦方程解并未告诉我们太多关于状态方程 p=w ρ 的信息，其中 ρ 和 p 分别为宇宙流体的总能量密度和压强。LCDM 和 R_h=ct 宇宙模型均为 FRW 宇宙学模型，它们将 ρ 至少划分为三个组分：物质 ρ_m、辐射 ρ_r 以及理解尚不透彻的暗能量 ρ_de，不过后者更进一步，还引入了约束条件 w=-1/3。这一条件是同时应用宇宙学原理和外尔公设所必需的。在一对一比较中，模型选择工具倾向于 R_h=ct，其似然度约为 90%，而 LCDM 仅为约 10%。尽管如此，LCDM 的预测往往与 R_h=ct 的预测相当接近，这表明其参数被优化以模拟 w=-1/3 的状态方程。在本文中，我们证明 R_h=ct 中的状态方程有助于我们理解为何 LCDM 中优化后的比例 Ω_m=ρ_m/ρ 必须约为 0.27，一个原本看似随机的变量。我们表明，当强制 LCDM 满足状态方程 w=(ρ_r/3-ρ_de)/ρ 时，仅当暗能量状态方程为 w_de=-1 且 Ω_m~0.27 时，今天的哈勃半径值 c/H_0 才能等于其测量值 ct_0。因此，Ω_m 的这一特殊值似乎是在一个主要约束实为 R_h=ct 或等价地 w=-1/3 的宇宙中，试图用状态方程 w=(ρ_r/3-ρ_de)/ρ 拟合数据的直接结果。