Datei:Mplwp universe scale evolution.svg
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Originaldatei (SVG-Datei, Basisgröße: 600 × 450 Pixel, Dateigröße: 57 KB)
Beschreibung
| Beschreibung |
English: Plot of the evolution of the size of the universe (scale parameter a) over time (in billion years, Gyr). Different models are shown, which are all solutions to the Friedmann equations with different parameters. The evolution is governed by the equation
Here is the radiation density, the matter density, the curvature parameter and the dark energy, all normalized such that represents the fact that today's expansion rate is .
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| Datum | |
| Quelle | Eigenes Werk |
| Urheber | Geek3 |
| SVG‑Erstellung |  Dieser Plot wurde mit mplwp, the Matplotlib extension for Wikipedia plots erstellt. |
| Quelltext | Python code#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf8 -*-
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
import numpy as np
from math import *
code_website = 'http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Geek3/mplwp'
try:
import mplwp
except ImportError, er:
print 'ImportError:', er
print 'You need to download mplwp.py from', code_website
exit(1)
name = 'mplwp_universe_scale_evolution.svg'
fig = mplwp.fig_standard(mpl)
fig.set_size_inches(600 / 72.0, 450 / 72.0)
mplwp.set_bordersize(fig, 58.5, 16.5, 16.5, 44.5)
xlim = -17, 22; fig.gca().set_xlim(xlim)
ylim = 0, 3; fig.gca().set_ylim(ylim)
mplwp.mark_axeszero(fig.gca(), y0=1)
import scipy.optimize as op
from scipy.integrate import odeint
tH = 978. / 68. # Hubble time in Gyr
def Hubble(a, matter, rad, k, darkE):
# the Friedman equation gives the relative expansion rate
a = a[0]
if a <= 0: return 0.
r = rad / a**4 + matter / a**3 + k / a**2 + darkE
if r < 0: return 0.
return sqrt(r) / tH
def scale(t, matter, rad, k, darkE):
return odeint(lambda a, t: a*Hubble(a, matter, rad, k, darkE), 1., [0, t])
def scaled_closed_matteronly(t, m):
# analytic solution for matter m > 1, rad=0, darkE=0
t0 = acos(2./m-1) * 0.5 * m / (m-1)**1.5 - 1. / (m-1)
try: psi = op.brentq(lambda p: (p - sin(p))*m/2./(m-1)**1.5
- t/tH - t0, 0, 2 * pi)
except Exception: psi=0
a = (1.0 - cos(psi)) * m * 0.5 / (m-1.)
return a
# De Sitter http://en.wikipedia.org/wiki/De_Sitter_universe
matter=0; rad=0; k=0; darkE=1
t = np.linspace(xlim[0], xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, zorder=-2,
label=ur'$\Omega_\Lambda=1$, de Sitter')
# Standard Lambda-CDM https://en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model
matter=0.3; rad=0.; k=0; darkE=0.7
t0 = op.brentq(lambda t: scale(t, matter, rad, k, darkE)[1,0], -20, 0)
t = np.linspace(t0, xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, zorder=-1,
label=ur'$\Omega_m=0.\!3,\Omega_\Lambda=0.\!7$, $\Lambda$CDM')
# Empty universe
matter=0; rad=0; k=1; darkE=0
t0 = op.brentq(lambda t: scale(t, matter, rad, k, darkE)[1,0], -20, 0)
t = np.linspace(t0, xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, label=ur'$\Omega_k=1$, empty universe', zorder=-3)
'''
# Open Friedmann
matter=0.5; rad=0.; k=0.5; darkE=0
t0 = op.brentq(lambda t: scale(t, matter, rad, k, darkE)[1,0], -20, 0)
t = np.linspace(t0, xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, label=ur'$\Omega_m=0.\!5, \Omega_k=0.5$')
'''
# Einstein de Sitter http://en.wikipedia.org/wiki/Einstein–de_Sitter_universe
matter=1.; rad=0.; k=0; darkE=0
t0 = op.brentq(lambda t: scale(t, matter, rad, k, darkE)[1,0], -20, 0)
t = np.linspace(t0, xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, label=ur'$\Omega_m=1$, Einstein de Sitter', zorder=-4)
'''
# Radiation dominated
matter=0; rad=1.; k=0; darkE=0
t0 = op.brentq(lambda t: scale(t, matter, rad, k, darkE)[1,0], -20, 0)
t = np.linspace(t0, xlim[-1], 5001)
a = [scale(tt, matter, rad, k, darkE)[1,0] for tt in t]
plt.plot(t, a, label=ur'$\Omega_r=1$')
'''
# Closed Friedmann
matter=6; rad=0.; k=-5; darkE=0
t0 = op.brentq(lambda t: scaled_closed_matteronly(t, matter)-1e-9, -20, 0)
t1 = op.brentq(lambda t: scaled_closed_matteronly(t, matter)-1e-9, 0, 20)
t = np.linspace(t0, t1, 5001)
a = [scaled_closed_matteronly(tt, matter) for tt in t]
plt.plot(t, a, label=ur'$\Omega_m=6, \Omega_k=\u22125$, closed', zorder=-5)
plt.xlabel('t [Gyr]')
plt.ylabel(ur'$a/a_0$')
plt.legend(loc='upper left', borderaxespad=0.6, handletextpad=0.5)
plt.savefig(name)
mplwp.postprocess(name)
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| aktuell | 00:12, 17. Apr. 2017 | | 600 × 450 (57 KB) | wikimediacommons>Geek3 | validator fix |
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