Thermodynamic Inertia of Vacuum (TIV): A Phenomenological Framework for Dark Sector Emergence
Description
This preprint introduces the Thermodynamic Inertia of Vacuum (TIV) theory, a phenomenological framework that explores the nature of the "Dark Sector" through the lens of vacuum phase transitions. The paper proposes that Dark Matter and Dark Energy are not independent substances, but emergent macroscopic responses of a superfluid vacuum to matter density gradients.
Key features of the model include in TIV v1.0:
-
A density-dependent vacuum term introduced into Einstein's field equations.
-
Interpretation of Dark Matter as vacuum surface tension (inertia) at density interfaces.
-
Interpretation of Dark Energy as latent heat released during vacuum crystallization in cosmic voids.
-
A prediction of finite cosmic acceleration followed by a stable, asymptotic equilibrium state.
This work is presented as a phenomenological ansatz intended to bridge the gap between abstract vacuum thermodynamics and observable cosmological dynamics.
Key improvements and verification in TIV v2.0:
-
Unified Effective Lagrangian: A modified action has been constructed, unifying all macroscopic manifestations of the emergent vacuum response into a single fundamental equation.
-
Rotation Curve Dynamics: A precise gradient term $\beta \frac{|\nabla \rho_m|}{\rho_m}$ is introduced, enabling a mathematically rigorous derivation of flat galactic velocity profiles ($v = \text{const}$) and mapping the constant $\beta$ to the critical acceleration $a_0$ in MOND.
-
Temperature Phase Transition: A phase function $f(T)$ is incorporated to reconcile the model with cosmological evolution. During the CMB epoch ($T \gg T_c$), the vacuum acts as an additional source of gravitational inertia, while the cooling of the Universe ($T \ll T_c$) triggers the accelerated expansion mechanism.
-
Astrophysical Verification: The model successfully replicates cluster gravitational lensing profiles without invoking hypothetical dark matter particles and tightly aligns with large-scale structure growth rates derived from modern SDSS catalogues.
Abstract (Ukrainian)
У цьому препринті представлено теорію Термодинамічної інерції вакууму (TIV) — феноменологічну модель, що досліджує природу темної матерії та енергії крізь призму фазових переходів вакууму. У роботі висувається припущення, що темна матерія та темна енергія не є незалежними субстанціями, а є емерджентними макроскопічними реакціями надплинного вакууму на градієнти густини матерії.
Ключові особливості моделі TIV v1.0:
-
У рівняння поля Ейнштейна введено вакуумний коефіцієнт, залежний від густини.
-
Темна матерія інтерпретується як поверхневий натяг (інерція) вакууму на межах розділу густини.
-
Темна енергія розглядається як прихована теплота, що виділяється під час «кристалізації» вакууму в космічних порожнечах (войдах).
-
Прогнозується скінченна епоха космологічного прискорення з подальшим переходом до асимптотичного стану рівноваги.
Ця праця є феноменологічним анзацом, спрямованим на подолання розриву між абстрактною термодинамікою вакууму та спостережуваною космологічною динамікою.
Вдосконалення та верифікація TIV v2.0:
-
Єдиний ефективний Лагранжіан: Сконструйовано модифіковану дію, яка об'єднує всі макроскопічні прояви емерджентної реакції вакууму в одне фундаментальне рівняння.
-
Динаміка кривих обертання: Введено точний градієнтний доданок $\beta \frac{|\nabla \rho_m|}{\rho_m}$, що дозволило математично строго вивести плоскі профілі швидкостей галактик ($v = \text{const}$) та зв'язати константу $\beta$ з критичним прискоренням $a_0$ у MOND.
-
Температурний фазовий перехід: Додано фазову функцію $f(T)$, яка узгоджує модель із космологічною еволюцією. В епоху CMB ($T \gg T_c$) вакуум діє як додаткова гравітаційна інерція, а при охолодженні Всесвіту ($T \ll T_c$) запускає механізм прискореного розширення.
-
Астрофізична верифікація: Модель успішно відтворює профілі гравітаційного лінзування скупчень без залучення гіпотетичних частинок темної матерії та повністю узгоджується з темпами росту великомасштабних структур за сучасними даними каталогів SDSS.
Files
2026_TIV_Cosmology_Preprint_v2.pdf
Additional details
Additional titles
- Translated title (Ukrainian)
- Термодинамічна інерція вакууму (TIV): Феноменологічна модель природи темної матерії та енергії
References
- G. E. Volovik, The Universe in a Helium Droplet, Oxford University Press (2003)
- E. Verlinde, On the Origin of Gravity and the Laws of Newton, JHEP (2011)
- N. Aghanim, et al. (Planck Collaboration), Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics 641, A6 (2020).
- M. Milgrom, A modification of Newtonian dynamics as a possible alternative to the hidden mass hypothesis, Astrophysical Journal (1983)
- J. D. Bekenstein, Black Holes and Entropy, Physical Review D (1973)
- M. R. Blanton, et al. (SDSS Collaboration), Sloan Digital Sky Survey IV: Mapping the Universe, 12 major surveys, The Astronomical Journal 154(1), 28 (2017).
- A. Melnyk, Thermodynamic Inertia of Vacuum Theory v1.0, Zenodo Repository, DOI 10.5281/zenodo.18686763 (2026).