Astronomy ReportsAstronomy ReportsАстрономический журнал0004-62993034-5170The Russian Academy of Sciences64761610.31857/S0004629924050019JODZJQArticlesСТАТЬИResearch ArticleConstructing an Entropy-Force Model of the Expansion of the Universe due to Gravitationally Induced Production of Dark MatterКонструирование энтропийно-силовой модели расширения Вселенной, обусловленного гравитационно-индуцированным производством темной материиMarovM. Ya.МаровМ. Я.
Russian Federation
kolesn@keldysh.ruKolesnichenkoA. V.КолесниченкоА. В.
Russian Federation
kolesn@keldysh.ruVernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наукKeldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of SciencesИнститут прикладной математики им. М. В. Келдыша Российской академии наук15052024101539040728012025Copyright ©; 2024, The Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024The Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0004-6299/article/view/647616

In the framework of entropic cosmology and Prigozhin’s gravitational theory about the connection between geometry and matter, providing the production of particles in the cosmological fluid, as well as in the assumption of exchange entropy at the event horizon, a one-liquid model of the evolution of a spatially flat, homogeneous and isotropic Universe is constructed. For its construction the energy conservation equation is derived from the first law of thermodynamics taking into account gravitationally induced creation of matter and exchange energy processes on the visible horizon of the Universe. On the basis of the energy equation and the fundamental Friedman equation describing the expansion of the Universe, modified Friedman-Robertson-Walker equations have been constructed in the context of the entropic formalism, designed for modelling various dynamical aspects of the evolution of the Universe taking into account adiabatic creation of matter. Several forms of exchangeable phenomenological non-extensive entropies associated with the region of the apparent cosmological horizon were used in their derivation. The obtained evolutionary model, consistent with the standard Λ-model for cold dark matter, is intended to describe without introducing new fields the accelerated expansion of the late Universe, providing its cosmological history.

В рамках энтропийной космологии и гравитационной теории Пригожина о связи геометрии и материи, обеспечивающей производство частиц в космологической жидкости, а также в предположении обменной энтропии на событийном горизонте сконструирована одножидкостная модель эволюции пространственно плоской, однородной и изотропной Вселенной. Для ее построения выведено из первого закона термодинамики уравнение сохранения энергии с учетом гравитационно-индуцированного создания материи и обменных энергетических процессов на видимом горизонте Вселенной. На основе энергетического уравнения и фундаментального уравнения Фридмана, описывающего расширение Вселенной, сконструированы в контексте энтропийного формализма модифицированные уравнения Фридмана-Робертсона-Уокера, предназначенные для моделирования различных динамических аспектов эволюции Вселенной с учетом адиабатического создания материи. При их получении было использовано несколько форм обменных феноменологических неэкстенсивных энтропий, ассоциированных с областью видимого космологического горизонта. Полученная эволюционная модель, согласующаяся со стандартной Λ -моделью для холодной темной материи, предназначена для описания без введения новых полей ускоренного расширения поздней Вселенной, обеспечивая ее космологическую историю.

Einstein’s general theory of relativityentropic cosmologynon-extensive exchange entropygravity-induced creation of matterобщая теория относительности Эйнштейнаэнтропийная космологиянеэкстенсивная обменная энтропиягравитационно-индуцированное создание материиJ. D. Bekenstein, Phys. Rev. D 7, 2333 (1975).S. W. Hawking, Commun. Math. Phys. 43, 199 (1975).R. Bousso, Reviews of modern physic 74, 825 (2002).T. Padmanabhan, Phys. Rev. D 81, 124040 (2010).E. Verlinde, J. High Energy Phys. 4, 1 (2011).L. Susskind, J. Math. Phys. 36, 6377 (1995).D. A. Easson, P. H. Frampton, G. F. Smoot, Physics Letters B 696, 273 (2011).D. A. Easson, P. H. Frampton, G. F. Smoot, arXiv.1003.1528 v3[hep.-th.] (2012).T. S. Koivisto, D. F. Mota, M. Zumalacárregui, J. Cosmol. Astropart. Phys. 02, id.027 (2011).M. Akbar, R. G. Cai, Phys. Rev. D 75, 084003 (2007).S. Basilakos, D. Polarski, J. Solа, Phys. Rev. D 86, 043010 (2012).N. Komatsu, S. Kimura, Phys. Rev. D 87, 043531 (2013).N. Komatsu, S. Kimura, Phys. Rev. D 88, 083534 (2013).A. V. Kolesnichenko, M. Ya. Marov, Mathematica Montisnigri L, 80 (2021).A. V. Kolesnichenko, M. Ya. Marov, Astronomy Reports 66, 786 (2022).W. de Sitter, Proc. Roy. Acad. Sci. (Amsterdam). 19, 1217 (1917).J. D. Barrow, Physics Letters B 808, 135643 (2020).J. D. Barrow, S. Basilakos, E. N. Saridakis, Physics Letters B 815, 136134 (2021).C. Tsallis, L. J. L. Cirto, Eur. Phys. J. C. 73, 2487 (2013).V. G. Czinner, H. Iguchi, Phys. Lett. B. 752, 306 (2016).G. Kaniadakis, A. M. Scarfone, Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications 305, 69 (2002).E. M. C. Abreu, J. A. Neto, Europhysics Letters 133, 49001 (2021).B. D. Sharma, D. P. Mittal, J. Comb. Inform. & Syst. Sci. 2, 122 (1975).J. A. Sayahian, S. A. Moosavi, H. Moradpour, J. P. Morais Graça, I. P. Lobo, I. G. Salako, A. Jawad, Physics Letters B 780, 21 (2018).F.K. Anagnostopoulos, S. Basilakos, E.N. Saridakis, Eur. Phys. J. C. 80, 826 (2020).S. Basilakos, J. Solа, Phys. Rev. D. 90, 023008 (2014).B. Hu, Y. Ling, Phys. Rev. D. 73, 123510 (2006).Y. Wang, D. Wands, G.-B. Zhao, L. Xu, Phys. Rev. D. 90, 023502 (2014).N. Tamanini, Phys. Rev. D. 92, 043524 (2015).N. Komatsu, S. Kimura, Phys. Rev. D. 93, 043530 (2016).E. Schrodinger, Physica 6, 899 (1939).L. Parker, Phys. Rev. Lett. 21, 562 (1968).L. Parker, Phys. Rev. 183, 1057 (1969).N. D. Birrell, P. C. Davies Quantum Fields in Curved Space. (Cambridge University Press, Cambridge, 1982).I. Prigogine, J. Geheniau, E. Gunzig, P. Nardone, General Relativity and Gravitation 21, 767 (1989).M. O. Calvao, J. A. S. Lima, I. Waga, Physics Letters A 162, 223 (1992).N. Komatsu, S. Kimura, Phys. Rev. D 92, 043507 (2015).D. Clowe, M. Bradac, A. H. Gonzalez, M. Markevitch, S. W. Randall, C. Jones, D. Zaritsky, Astrophys. J. 648, L109 (2006) .J. Sola, J. Phys. Conf. Ser. 453, 012015 (2013).С. Вайнберг. Гравитация и Космология. Принципы и приложения общей теорииотносительности (Волгоград, Изд-во «ПЛАТОН», 2000).B. Ryden Introduction to Cosmology (Cambridge University Press, 2017).J. A. S. Lima, A. S. M. Germano, Physics Letters A 170, 373 (1992).J. A. S. Lima, A. S. M. Germano, L. R. W. Abramo, Phys. Rev. D 53, 4285 (1996).J. A. S.Lima, I. Baranov, Phys. Rev. D 90, 043515 (2014).N. Komatsu, Phys. Rev. D 99, 043523 (2019).S. Weinberg, Astrophys. J. 168, 175 (1971).S. Weinberg Gravitation and cosmology, Principles and Applications of the general Theory of Relativity (John Wiley & Sons, New York, 1972).И. Пригожин, Р. Дефей. Химическая термодинамика (Новосибирск, 1966).R. Silva, J. A. S. Lima, M. O. Calvão, General Relativity and Gravitation 34, 865 (2002).J. Solà, A. Gómez-Valent, J. de Cruz Pérez, Astrophys. J. 811, L14 (2015).R. G Cai, S. P. Kim, JHEP 0502, 050 (2005).J. A. S. Lima, J. A. M. Moreira, J. Santos, General Relativity and Gravitation 30, 425 (1998).G. Steigman, R. C. Santos, J. A. S. Lima, JCAP 0906, 033 (2009).A. G. Riess, A. V. Filippenko, P. Challis, A. Clocchiatti, A. Diercks, P. M. Garnavich, J. Tonry, Astron. J. 116, 1009 (1998).S. Perlmutter, M. S. Turner, M. White, Phys. Rev. Lett. 83, 670 (1999).J. D. Barrow, T. Clifton, Phys. Rev. D 73, 103520 (2006).G. Kaniadakis, Phys. Rev. E 66, 056125 (2002).А. В. Колесниченко. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша 17, 36 (2020).А. В. Колесниченко. Mathematica Montisnigri. XLII, 74 (2018).А. В. Колесниченко. Статистическая механика и термодинамика Тсаллиса неаддитивных систем: Введение в теорию и приложения (М.: ЛЕНАНД, 2019).Y.-F. Cai, E. Saridakis, Physics Letters B 697, 280 (2011).T. Padmanabhan, Rept. Prog. Phys. 73, 046901 (2010).D. F. Torres, H. Vucetich, A. Plastino, Phys. Rev. Lett. 79, 1588 (1997).Y. Aditya, S. Mandal, P. Sahoo, D. Reddy, Eur. Phys. J. 79, 1020 (2019).G. Wilk, Z. Wlodarczyk, Phys. Rev. Lett. 84, 2770 (2000).S. Waheed, Eur. Phys. J. Plus. 135, 11 (2020).E. N. Saridakis, J. Cosmol. and Astroparticle Phys. 07, id. 031 (2020).E. N. Saridakis, S. Basilakos, Eur. Phys. J. C. 7, 644 (2021).S. Basilakos, M. Plionis, Sola J. Phys. Rev. D 80, 083511 (2009).A. S. Jahromi, S. Moosavi, H. Moradpour, J. M. Graca, I. Lobo, I. Salako, A. Jawad, Physics Letters B 780, 056125 (2018).N. Komatsu, Phys. Rev. D 96, 103507 (2017).N. Komatsu, Eur. Phys. J. C. 77, 229 (2017).А. В. Колесниченко, М. Я. Маров. Астрон. журн. 99, 740 (2022).R. C. Nunes, E. M. Barboza, E. M. C. Abreu, J. A. Neto, J. Cosmol. and Astroparticle Phys. 08, 051 (2016).T. Padmanabhan, Modern Physics Letters A 25, 1129 (2010).E. M. C. Abreu, J. A. Neto, A. C. R. Mendes, R. M. de Paula, Chaos, Solitons & Fractals 118, 307 (2019).T. Padmanabhan, S. M. Chitre, Physics Letters A 120, 433 (1987).B. Li, J. Barrow, Phys. Rev. D 79, id. 103521 (2009).A. Avelino, U. Nucamendi, J. Cosmol. and Astroparticle Phys. 08, id. 009 (2010).X.-H. Meng, X. Dou, Communicationsin Theoretical Physics 52, 377 (2009).X. Dou, X.-H. Meng, Adv. Astron. 2011, 829340 (2011).G. Kaniadakis, P. Quarati, A.M. Scarfone, Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications 305, 76 (2002).A.V. Kolesnichenko, Mathematica Montisnigri XLVIII, 118 (2020).G. Kaniadakis, Entropy 15, 3983 (2013).E. M. C. Abreu, J. A. Neto, E. M. Jr. Barboza, A. C. R. Mendes, B. B. Soares, Modern Physics Letters A 35, 2050266 (2020) .E. M. C. Abreu, J. A. Neto, arXiv:2107.04869v2 [gr-qc] (2021).И. С. Градштейн, И. М. Рыжик. Таблицы интегралов сумм рядов и произведений (М.: Физматгиз, 1963).М. Я. Маров. Космос: От Солнечной системы вглубь Вселенной (М.: Физматгиз, 2018).