Published April 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Thermodynamically consistent entropic-force cosmology

  • 1. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas
  • 2. Instituto de Química del Noroeste Argentino
  • 3. Complexity Science Hub Vienna
  • 4. Santa Fe Institute

Description

We analyze the thermodynamical consistency of entropic-force cosmological models. Our analysis is based on a generalized entropy scaling with an arbitrary power of the Hubble radius. The Bekenstein-Hawking entropy, proportional to the area, and the nonadditive Sδ=3/2-entropy, proportional to the volume, are particular cases. One of the points to be solved by entropic-force cosmology for being taken as a serious alternative to mainstream cosmology is to provide a physical principle that points out what entropy and temperature have to be used. We determine the temperature of the universe horizon by requiring that the Legendre structure of thermodynamics is preserved. We compare the performance of thermodynamically consistent entropic-force models with regard to the available supernovae data by providing appropriate constraints for optimizing alternative entropies and temperatures of the Hubble screen. Our results point out that the temperature differs from the Hawking one. The novelty of this work is that our analysis is based on a generalized entropy scaling with an arbitrary power of the Hubble radius, instead of a specific entropy. This allows us to conclude on various models at once, compare them, and conserve the scaling exponent as a parameter to be fitted with observational data, thus providing information about the form of the actual cosmological entropy and temperature. In addition, we point out that some entropic-force cosmological models previously available in the literature are not thermodynamically consistent. We provide here a physical principle which links the horizon temperature and entropy in consistency with thermodynamics.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نقوم بتحليل الاتساق الديناميكي الحراري للنماذج الكونية للقوة الإنتروبية. يعتمد تحليلنا على مقياس الإنتروبيا المعمم مع قوة عشوائية لنصف قطر هابل. إن إنتروبيا Bekenstein - Hawking، المتناسبة مع المنطقة، و Sδ غير المضافة=3/2 - الإنتروبيا، المتناسبة مع الحجم، هي حالات خاصة. تتمثل إحدى النقاط التي يجب حلها من خلال علم الكونيات ذي القوة الإنتروبية لكونها بديلاً جادًا لعلم الكونيات السائد في توفير مبدأ فيزيائي يشير إلى ماهية الإنتروبية ودرجة الحرارة التي يجب استخدامها. نحدد درجة حرارة أفق الكون من خلال اشتراط الحفاظ على بنية ليجيندر للديناميكا الحرارية. نقارن أداء نماذج القوى الإنتروبية الديناميكية الحرارية المتسقة فيما يتعلق ببيانات السوبرنوفا المتاحة من خلال توفير القيود المناسبة لتحسين الإنتروبيات البديلة ودرجات حرارة شاشة هابل. تشير نتائجنا إلى أن درجة الحرارة تختلف عن درجة هوكينغ. حداثة هذا العمل هي أن تحليلنا يعتمد على مقياس إنتروبيا معمم مع قوة عشوائية لنصف قطر هابل، بدلاً من إنتروبيا محددة. وهذا يسمح لنا بالاستنتاج على نماذج مختلفة في وقت واحد، ومقارنتها، والحفاظ على أس القياس كمعلمة لتزويدها ببيانات الرصد، وبالتالي توفير معلومات حول شكل الانتروبيا الكونية الفعلية ودرجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، نشير إلى أن بعض النماذج الكونية للقوة الإنتروبية التي كانت متاحة سابقًا في الأدبيات ليست متسقة ديناميكيًا حراريًا. نقدم هنا مبدأً فيزيائيًا يربط بين درجة حرارة الأفق والانتروبيا بما يتوافق مع الديناميكا الحرارية.

Translated Description (French)

Nous analysons la cohérence thermodynamique des modèles cosmologiques de force entropique. Notre analyse est basée sur une échelle d'entropie généralisée avec une puissance arbitraire du rayon de Hubble. L'entropie de Bekenstein-Hawking, proportionnelle à la surface, et l'entropie non additive Sδ= 3/2, proportionnelle au volume, sont des cas particuliers. L'un des points à résoudre par la cosmologie de la force entropique pour être considérée comme une alternative sérieuse à la cosmologie traditionnelle est de fournir un principe physique qui indique quelle entropie et quelle température doivent être utilisées. Nous déterminons la température de l'horizon de l'univers en exigeant que la structure de Legendre de la thermodynamique soit préservée. Nous comparons les performances des modèles de force entropique thermodynamiquement cohérents par rapport aux données disponibles sur les supernovae en fournissant des contraintes appropriées pour optimiser les entropies et les températures alternatives de l'écran de Hubble. Nos résultats soulignent que la température diffère de celle de Hawking. La nouveauté de ce travail est que notre analyse est basée sur une échelle d'entropie généralisée avec une puissance arbitraire du rayon de Hubble, au lieu d'une entropie spécifique. Cela nous permet de conclure sur différents modèles à la fois, de les comparer et de conserver l'exposant d'échelle comme paramètre à équiper de données d'observation, fournissant ainsi des informations sur la forme de l'entropie et de la température cosmologiques réelles. De plus, nous soulignons que certains modèles cosmologiques de force entropique précédemment disponibles dans la littérature ne sont pas thermodynamiquement cohérents. Nous fournissons ici un principe physique qui lie la température et l'entropie de l'horizon en cohérence avec la thermodynamique.

Translated Description (Spanish)

Analizamos la consistencia termodinámica de los modelos cosmológicos de fuerza entrópica. Nuestro análisis se basa en una escala de entropía generalizada con una potencia arbitraria del radio de Hubble. La entropía de Bekenstein-Hawking, proporcional al área, y la no aditiva Sδ= 3/2-entropía, proporcional al volumen, son casos particulares. Uno de los puntos a resolver por la cosmología de la fuerza entrópica para ser tomado como una alternativa seria a la cosmología convencional es proporcionar un principio físico que señale qué entropía y temperatura deben usarse. Determinamos la temperatura del horizonte del universo requiriendo que se conserve la estructura de Legendre de la termodinámica. Comparamos el rendimiento de modelos de fuerza entrópica termodinámicamente consistentes con respecto a los datos de supernovas disponibles al proporcionar restricciones apropiadas para optimizar entropías y temperaturas alternativas de la pantalla del Hubble. Nuestros resultados apuntan a que la temperatura difiere de la de Hawking. La novedad de este trabajo es que nuestro análisis se basa en una escala de entropía generalizada con una potencia arbitraria del radio de Hubble, en lugar de una entropía específica. Esto nos permite concluir en varios modelos a la vez, compararlos y conservar el exponente de escala como un parámetro para ser ajustado con datos observacionales, proporcionando así información sobre la forma de la entropía cosmológica real y la temperatura. Además, señalamos que algunos modelos cosmológicos de fuerza entrópica previamente disponibles en la literatura no son termodinámicamente consistentes. Proporcionamos aquí un principio físico que vincula la temperatura del horizonte y la entropía de manera consistente con la termodinámica.

Files

2201.01835.pdf

Files (556.5 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3bb6206ffe76ab6e5509703ce3e91438
556.5 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كونيات القوى الإنتروبية المتسقة ديناميكيًا حراريًا
Translated title (French)
Cosmologie de force entropique thermodynamiquement cohérente
Translated title (Spanish)
Cosmología de fuerza entrópica termodinámicamente consistente

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4212937131
DOI
10.1016/j.physletb.2022.136967

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1539393025
  • https://openalex.org/W1818999262
  • https://openalex.org/W1973441512
  • https://openalex.org/W1993531156
  • https://openalex.org/W2012944238
  • https://openalex.org/W2013627116
  • https://openalex.org/W2022280738
  • https://openalex.org/W2022750201
  • https://openalex.org/W2052097244
  • https://openalex.org/W2056173066
  • https://openalex.org/W2065805883
  • https://openalex.org/W2067687380
  • https://openalex.org/W2077941128
  • https://openalex.org/W2111280337
  • https://openalex.org/W2114129774
  • https://openalex.org/W2132462415
  • https://openalex.org/W2146478425
  • https://openalex.org/W2154858141
  • https://openalex.org/W2168344531
  • https://openalex.org/W2298263218
  • https://openalex.org/W2737611031
  • https://openalex.org/W2763117186
  • https://openalex.org/W2988536258
  • https://openalex.org/W3037962723
  • https://openalex.org/W3101877882
  • https://openalex.org/W3105568225
  • https://openalex.org/W3168616870