Fichier:Mplwp universe scale evolution.svg

Fichier d’origine(Fichier SVG, nominalement de 600 × 450 pixels, taille : 57 kio)

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Description

Description
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 .
Plotted parameter sets:

  • De Sitter universe: Only dark energy:
  • Lambda-CDM model: The model that fits the observations best: ,
  • An empty universe (no relevant contributions of matter, radiation, dark energy) with negative curvature:
  • Einstein–de_Sitter universe: A flat universe dominated by cold matter:
  • A closed Friedmann model: ,
Date
Source Travail personnel
Auteur Geek3
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Cette représentation graphique a été créée avec mplwp, the Matplotlib extension for Wikipedia plots
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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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actuel17 avril 2017 à 02:12Vignette pour la version du 17 avril 2017 à 02:12600 × 450 (57 kio)Geek3validator fix
17 avril 2017 à 00:33Vignette pour la version du 17 avril 2017 à 00:33600 × 450 (57 kio)Geek3{{Information |Description ={{en|1=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 {{W|Friedmann equations|Friedmann equations}}...

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