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Vipin Chandra Dubey, Umesh Kumar Sharma, Abdulla Al Mamon, "Brans-Dicke理论中的相互作用Rényi全息暗能量",高能物理进展, 卷。2021, 文章的ID6658862, 17 页面, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6658862
Brans-Dicke理论中的相互作用Rényi全息暗能量
摘要
在这项工作中,我们利用Rényi熵在空间平坦的Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙中构建了一个Rényi全息暗能量的相互作用模型,并将红外截点作为哈勃视界。在此背景下,我们研究了一些重要的宇宙参数的演化历史,特别是减速参数、哈勃参数、状态方程参数、以及Rényi全息暗能量密度参数在非平坦宇宙和平坦宇宙情景中的表现,并在模型中观察到这些参数令人满意的行为。我们发现,在演化过程中,本模型对平坦和非平坦的宇宙都有一个减速膨胀阶段,在此之前,该模型会导致一个后期的加速膨胀阶段。此外,我们获得 作为 ,这表明这个模型表现得像未来的宇宙常数。Rényi参数的不同估计的稳定性分析和耦合系数分析了。结果表明,模型在后期是稳定的。
1.介绍
提供后发星系团质量的维里定理(1930年)[1,2],并伴随星系旋转曲线研究(1970)[3.以及20世纪90年代两个不同研究小组的观察结果[4,5他发现了目前宇宙学中最有趣的问题之一:暗区。研究人员认为,目前宇宙能量的5%是由辐射和普通物质(重子)组成的;剩下的95%是由这个黑暗成分主导的,以澄清宇宙后期的加速膨胀。据信,宇宙的这个暗区主要包括两个组成部分:暗能量(德),暗物质(DM)。两者对于理解尺度和自然现象都是重要而有意义的。DM的意义主要在于结构的形成,例如,允许重子结构在光子解耦后变成非线性。有趣的是,暗能量是研究可观测宇宙后期加速膨胀的主题[6].另外,DM被描述为冷暗物质(CDM),暗能量被描述为宇宙学常数( )在标准的宇宙学场景中。宇宙的黑暗成分与辐射和重子结合在一起CDM模型。此外,尽管事实是CDM模式赞赏一项令人印象深刻的观测成就[7- - - - - -9],仍然有一些假设的和观察的焦点有权利被完全研究[10].最大的考验在于从理论的角度理解这些暗区的关键思想[6].2004年,李[11提出了…的想法全息暗能量(HDE),它也被用来解释DE情景,以解释受全息原理启发的宇宙后期加速膨胀[12- - - - - -18].在Li的一篇论文之后,提出了包含所有已知HDE模型的最完整的概化[19].此外,Nojiri-Odintsov HDE也描述了与Li的HDE不同的协变理论[20.].
最近,受到全息原理的启发,利用Rényi熵[21, Moradpour等人提出了一种新的暗能量模型[22)命名为Rényi全息暗能量(RHDE)模型用于宇宙学和引力研究。由于熵与面积的联系依赖于重力假设,因此推广其中一种熵或重力,将会改变相应的熵或重力假设。提出利用Rényi熵可以得到修正的Friedmann方程[23- - - - - -25].Ghaffari等人[26]提出通货膨胀可以在Rényi形式主义中找到。RHDE模型已经用IR截断作为粒子和未来事件视界进行了探索[27].空间均匀和各向异性的Bianchi宇宙充满RHDE与Granda-Oliveros和哈勃视界作为IR截断已被研究在广义相对论[28].最近,Sharma等人[29,30.将RHDE模型与CDM模型通过使用不同的诊断工具,如状态查找器诊断和状态查找器层次结构的丰富细节。此外,RHDE模型已经通过statefinder诊断工具与全息暗能量和Tsallis全息暗能量进行了比较[31].
事实上,以上所有的尝试都声称,至少在数学上,在RHDE假设的阴影下引入的DE密度剖面具有相当大的建模DE行为的潜力,因此,对这个密度剖面的更多研究是有动机的。此外,在大尺度上,当面对CMB的观测结果时,呈现相互作用的模型表现得很好[32及物质分布[33].因此,必须认真处理DE与DM之间的交互。然而,对于不同的设置,这种关联的质量存在限制[34- - - - - -48].这个新提出的Rényi HDE也被许多研究人员通过考虑DE和DM之间的相互作用来解释宇宙的加速膨胀,在广义相对论、膜世界、环量子宇宙学和修正重力中有不同的IR截止[49- - - - - -52].沙玛和杜贝[53]研究了Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)宇宙中的Rényi HDE模型,考虑了DM和DE相互作用的不同参数化。
另一方面,修正后的引力理论已被广泛应用于宇宙学[54- - - - - -56].修正后的引力理论并不新鲜,而且有很长的历史。著名的修正引力理论,布兰斯-迪克引力[57,也是广义相对论用来解释宇宙加速膨胀的一种选择[58也能通过来自太阳系的实验测试[59].从理论上讲,Brans-Dicke耦合参数的值比观测数据观测到的值要小,这促使物理学家提出各种DE情景,以Brans-Dicke形式来描述当前宇宙[58- - - - - -60].利用全息原理,龚[61研究了在乔丹和爱因斯坦的框架中对布兰斯-迪克引力的全息束缚 ,与广义相对论的结果相似。类似的问题在[62,将Bianchi恒等式作为一个一致性条件。对于作为未来事件视界的IR截止,bransdicke重力对于尘埃物质和HDE的重要性已在[63].提出以哈勃半径作为红外截点,标准HDE在布伦斯-迪克引力下可能不会产生加速膨胀的宇宙,但将红外截点作为未来事件视界可以得到对宇宙的合适描述[64].因此,许多其他的工作提出Brans-Dicke引力适用于全息暗能量场景的检验[65- - - - - -71].观测约束也被提出用于宇宙扇区之间符号可变的相互作用[72- - - - - -74].考虑到不同的IR截止,在Brans-Dicke理论中探讨了非相互作用和相互作用的Tsallis HDE及其宇宙学结果[75- - - - - -77].
最近,作者在Brans-Dicke理论中构建了非相互作用RHDE模型,以哈勃视界为红外截点[78].在本研究中,我们在平坦和非平坦宇宙中提出了Brans-Dicke理论框架下的交互RHDE模型。本文的组织如下:第一部分探讨了Brans-Dicke理论中RHDE模型与物理参数的相互作用2.本节对RHDE模型的稳定性进行了研究3..最后一节给出了结论。
在整个文本中,“overdot”代表了对宇宙时间的导数。
2.Brans-Dicke理论中的相互作用Rényi全息暗能量
我们考虑了一个用线元描述的均匀各向同性FLRW宇宙 在哪里是宇宙的比例因子,宇宙时间和曲率是常数吗 分别对应闭宇宙、平宇宙和开宇宙。的坐标 , ,和被称为comoving坐标。
在BD理论中,作用由[57,79] 在哪里是BD标量场,是里奇标量,是BD参数,和是拉格朗日物质。这里,引力常数( )代替了随时间变化的标量场 ,哪个与之成反比 ,也就是说, .如果我们假设物质场是由完美流体组成的,那么BD场方程由作用(2),对于FLRW,时空为[79] 在哪里 是哈勃参数,为物质能量密度,是RHDE密度,和为RHDE压力。BD标量场演化方程为
2.1.Rényi熵和HDE
这里值得一提的是,在量子引力和广义熵情景之间似乎有很深的联系,事实上,引力的量子方面也可以被认为是考虑广义熵的另一个动机[22,80].Tsallis熵是一种广义熵测度,在引力和不同的宇宙学设置中导致可接受的结果[23,25,43,81- - - - - -89].通常,tallis熵被定义为[86] 对于一个由离散状态。在上式中,是进入状态的普通概率吗 ,和是一个实参数,它可能来自于系统的非广泛性特征,例如重力的长程性质[22,83,86].事实上,非可拓性的概念比非可加性的概念更为复杂[87].例如,众所周知的贝肯斯坦熵是非可加性和非广泛性的(详情请参阅参考文献)。[84,85])。最近有人提出贝肯斯坦熵( ,在哪里 和是IR截点)实际上是萨里斯熵导致的 为系统的Rényi熵含量[21,22].在这里,是一个自由参数,在当前的文献中被称为真实的非扩展参数,量化了非可扩展性的程度[22,86,87].[90),参数会影响宇宙的能量平衡当 ,引力场足够强大,以至于我们只需要少量的DE和DM就可以构建可观测的宇宙。另一方面,当 ,引力场很弱,这是我们所需要的,与 案例中,DE和DM的量较大。综上所述, 意味着更少的DE 意味着比标准玻尔兹曼-吉布斯情形下的DE要多[90,91].在[22,作者使用的值从来 .有广泛的范围哪些可以产生预期的结果,而我们已经采取的价值从来 .作者在布兰斯-迪克理论中研究了一个空间平坦的充满尘埃的宇宙在存在一个正宇宙常数的情况下的晚时加速 ,布兰斯-迪克耦合常数的值在哪里被认为是[92].作者利用Brans-Dicke框架研究了Tsallis全息暗能量 和 [77].主要焦点在[93在WMAP数据指定的FLRW宇宙上。暗能量的作用是由真空能量密度在这个模型中所起的作用 .与假设 [22), (即哈勃地平线),使用式(7),则得到RHDE的能量密度为 在哪里是一个数值常数。我们使用 和 ;在平坦的FLRW宇宙中得到这个方程的验证[94].一个可以 没有 ,与标准HDE完全一致[14- - - - - -18].这里值得一提的是,视视界是符合热力学定律的宇宙因果边界。此外,在扁平的FLRW宇宙中,弗里德曼方程表明,当DE在宇宙中占主导地位时,其能量密度随DE的大小而变化(详情请参阅[22,94])。因此,从热力学角度出发,在FLRW平坦宇宙中建立HDE模型,其中视视界半径和哈勃视界半径 都是一样的,如果它能用哈勃视界作为其红外截点,为宇宙提供一个恰当的描述,将更符合热力学定律。后(68,我们假设 ,即本例中比例因子对BD标量场的幂律 .现在很容易得到 因此,
以哈勃视界为红外截点的Rényi HDE密度为
这里,全息原理[17,和有效引力常数是由 .引力常数可以从作为一个限制。RHDE能量密度可以在基本宇宙学中恢复[22].全息DE也可以在布兰斯-迪克重力中找到 [64].无量纲密度参数定义为
我们这项工作的主要目标是建立一个基于BD引力理论和RHDE和无压暗物质不能分别守恒的宇宙学模型。因此,我们假设两个组成部分——RHDE和无压力物质——相互作用,也就是说,一个组成部分可能以另一个的代价增长。因此,它们的能量守恒方程为: 和 在哪里 表示Rényi HDE状态方程(EoS)参数和为相互作用项。显然,对于 ( ),有一个能量流从无压物质(RHDE)到无压物质(RHDE)。我们假设相互作用的形式为 [41,42,74),耦合是常数和吗为减速参数。这里,主要成分是减速参数 在相互作用项中 ,因此,可以改变它的标志,当我们的宇宙膨胀从早期的减速( )阶段到后期时间加速( )阶段。因此,在当前语境下,上述互动术语值得进一步研究。现在,对式(11),我们得到 结合关系 获得 质数表示导数 .现在,对式(3.),代入 , , ,和从方程(9), (10), (14)和(15),分别得到
和往常一样,将减速参数定义为 并使用公式(17),我们得到
在Rényi HDE模型与红移的相互作用下,绘制了减速参数的演化行为用初值求其数值解 和 ,对于两个平坦的宇宙 和宇宙nonflat .不同的观测结果表明,宇宙处于加速膨胀阶段,减速参数的值就在这个范围内 .我们也用过 [77为所有的情节。所有的物理参数都经过检验和耦合系数因为它们在RHDE动力参数的演化中起着至关重要的作用。从图1的进化行为为相互作用的RHDE在BD重力,为不同的估计和在非平宇宙(下两幅图)和平宇宙(上两幅图)。我们可以从图中看出1RHDE模型显示了两种情况下从早期减速阶段到当前加速阶段的不同估计和参数 .在此背景下,值得一提的是,BD理论框架下的标准HDE,如果以事件视界作为IR截止作用,则可以解释加速膨胀[64].如果哈勃视界被认为是红外边界,这种情况也预测没有加速度。因此,本工作的新颖之处在于,如果我们选择红外截点作为哈勃视界,它可以解释当前宇宙的加速阶段。
(一)
(b)
(c)
(d)
我们已经绘制了EoS参数的行为图的交互RHDE模型 (两个上面板)和 (两个下面板)案例,在图中2对于不同的参数值和耦合系数 .从图中可以看出RHDE模型的不同之处在于模型的典型区域( ).此外,我们可以观察到EoS参数趋近CDM模型( )对于所有值和在未来,这与宇宙学观测是一致的。我们还注意到,在平坦宇宙和非平坦宇宙中,EoS参数在早期的演化随着值的不同而不同与耦合系数相比 .
(一)
(b)
(c)
(d)
通过输入方程(17式(16),我们也得到无量纲RHDE密度参数的演化为
给出了RHDE密度参数相互作用的性质在图3.对于这两个 (两个上面板)和 ,(两个下面板)的情况,为不同的值的耦合系数和 .对于不同的值,可以从这些图中观察到宇宙的热历史,特别是物质的连续序列和DE时代和在非平坦和平坦的宇宙中我们还观察到RHDE密度参数与宇宙学观测结果一致[7,我们的结果是一致的。
(一)
(b)
(c)
(d)
我们画出了哈勃参数的行为的交互RHDE模型 (两个上面板)和 ,(两个下面板)案例,在图中4对于不同的参数值和耦合系数 .它描述了影响的行为 ,而耦合系数值不同不要影响它。的价值减小并接近于一个正值在遥远的未来。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.稳定
在本节中,我们将通过声速的平方讨论相互作用的RHDE模型的稳定性在平坦和非平坦的宇宙中的 (速度的真实值),显示了密度扰动的规则传播模式。为 ,扰动变成一个不规则的波动方程。因此负的平方速度(速度的虚值)显示出密度扰动的指数增长模式。也就是说,增加的密度扰动会导致压力降低,支持不稳定性的出现[95].
我们解方程(23)用Mathematica软件包NDSolve进行数值计算,绘制出声速的平方与红移在图5,两个 (两个上面板)和 ,(两个下面板)用于参数的不同值的情况和耦合系数 .从图5,通过取不同的值,我们观察到RHDE模型最初并不稳定和在平坦和非平坦的宇宙中,而对于 在平坦和非平坦的宇宙中,声速的平方值发散的。取不同的值在平坦和非平坦宇宙中,RHDE模型在后期变得稳定。通过对这些地块的分析,我们可以看出和对声速平方的性质有定性影响吗在不平坦的宇宙和平坦的宇宙中。图的插入图5显示外围情节的一个特写 其中的差异可以看出。它们并不完全相同,但差别很小。
(一)
(b)
(c)
(d)
4.结束语
在这项工作中,我们探索了相互作用的FLRW宇宙在Brans-Dicke理论框架中使用RHDE模拟暗能量的作用,在非平坦和平坦的宇宙中都采用红外截点作为哈勃半径。假定无压物质通过符号变化相互作用与RHDE相互作用。在这个分析中,我们使用了初值 , , ,和 [77]为两个平宇宙( )和非平坦宇宙( ).结果表明:在不同的Rényi参数值下耦合系数 ,相互作用的RHDE模型对减速参数产生合适的行为( ),EoS参数( ),RHDE密度参数( ),和哈勃参数,在这两种情况下(见图)1- - - - - -4).不同值的影响和只是这些参数的数量。
如前所述,如果我们选择IR截点作为视界,HDE框架下的bransdicke理论可以解释加速膨胀。该理论还预测,如果我们选择红外截点作为哈勃视界,就不会有加速度。然而,在我们的例子中,减速参数显示从减速阶段( )提前到加速阶段( )以后再说吧。因此,该模型的一个显著特征是,在bransdicke理论框架下的RHDE解释了如果我们选择IR截点作为哈勃视界的加速膨胀。我们还发现,EoS参数从精华( )到幻像区( ),而RHDE模型将宇宙的减速过渡到加速阶段的方法来作为 ,这意味着RHDE模型模拟了遥远未来的宇宙常数。观察到RHDE密度参数就变成了作为 .此外,还观察到影响哈勃参数的行为 ,而不同的值不要影响它。同时,它的价值减小并接近一个接近的值在遥远的未来。此外,我们还通过分析声速的平方来研究我们的模型的经典稳定性 .结果表明,模型的稳定性主要取决于参数的选择在平坦和非平坦的宇宙中(见图)5).
正如我们所展示的,与标准情景相比,目前的模型展示了更有趣的现象学,因此,它可以作为描述自然的一个候选。在后续研究中,我们希望通过观察分析来约束参数 .
数据可用性
本稿无相关资料,否则不予保存。(作者评论:数据共享不适用于本文,因为本研究没有创建和分析新的数据)。
的利益冲突
作者声明他们没有利益冲突。
致谢
VCD和UKS非常感谢印度GLA大学对这项研究工作的支持和帮助。
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