Die Thermodynamik am Rande des Universums

Das Hubble-Deepfield zeigt zahlreiche Galaxien. (Credits: Robert Williams (NASA, ESA, STScI))
Das Hubble-Deepfield zeigt zahlreiche Galaxien. (Credits: Robert Williams (NASA, ESA, STScI))

Forscher haben ein holografisches kosmologisches Modell mit einem Potenzgesetz-Term erdacht, um thermodynamische Eigenschaften am Rande des Universums zu untersuchen. Dieses Modell gehorcht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Außerdem wurde ein entspannungsähnlicher Prozess des Universums systematisch erforscht, um die Maximierung der Entropie an dessen Rand zu untersuchen.

Die Expansion des Universums bereitet Astronomen und Astrophysikern seit Jahrzehnten Kopfzerbrechen. Unter den kosmologischen Modellen, die im Laufe der Jahre erdacht wurden, gehören Lambda-Cold-Dark-Matter (LCDM) Modelle zu den einfachsten Modellen, die elegante Erklärungen für die Eigenschaften des Universums liefern können, etwa die beschleunigte Expansion des alten Universums und strukturelle Formationen. Allerdings leiden die LCDM-Modelle unter verschiedenen theoretischen Problemen wie beispielsweise dem Problem der kosmologischen Konstante. Um diese Schwierigkeiten zu lösen, wurden kürzlich alternative thermodynamische Szenarien entwickelt, die das Konzept der Thermodynamik von Schwarzen Löchern erweitern.

“Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass sich ein bestimmter Typ Universum wie ein gewöhnliches makroskopisches System verhalten wird. Die Expansion des Universums steht wahrscheinlich mit der Thermodynamik an seinem Rand in Zusammenhang, basierend auf dem holografischen Prinzip“, erklärte der Autor der Studie, Nobuyoshi Komatsu von der Kanazawa University.

“Ich betrachtete ein kosmologisches Modell mit einem Potenzgesetz-Term und setzte die Anwendung des holografischen Gleichverteilungssatzes voraus. Der Potenzgesetz-Term ist proportional zu Hα, wobei H der Hubble-Parameter ist und α als ein freier Parameter angesehen wird. α könnte mit der Verschränkung der Quantenfelder nahe des Horizonts zusammenhängen”, ergänzte Komatsu.

“Ich nutzte das erdachte Modell, um die thermodynamischen Eigenschaften am Rande des Universums zu untersuchen und konzentrierte mich dabei auf die Entwicklungen der Bekenstein-Hawking-Entropie. Ich stellte fest, dass das Modell am Rand dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gehorcht”, sagte Komatsu. “Außerdem verwendete ich das Modell, um den entspannungsähnlichen Prozess zu untersuchen, der vor dem letzten Entwicklungsstadium des Universums stattfand, wodurch es möglich war, die Maximierung der Entropie zu erforschen.”

Man hofft, dass das entwickelte Modell der Diskussion und Analyse des breiten Spektrums an momentan verfügbaren kosmologischen Modellen aus der Sicht der Thermodynamik dienen wird.

Abhandlung: “Horizon thermodynamics in holographic cosmological models with a power-law term” von Nobuyoshi Komatsu

Quelle

(THK)

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