Расчеты ретроспективного времени и возраста Вселенной

Я пытаюсь рассчитать возраст Вселенной с помощью модели FLRW:

ЧАС ( а ) "=" ЧАС 0 Ом р , 0 ( а 0 а ) 4 + Ом М , 0 ( а 0 а ) 3 + ( 1 Ом Т , 0 ) ( а 0 а ) 2 + Ом Λ , 0 .

я установил Ом М , 0 "=" 0,317 (плотность вещества) и Ом Λ , 0 "=" 0,683 (темная энергия), представленная Planck 2013; Ом Т , 0 "=" 1,02 (кривизна пространства), согласно этому сайту ; и Ом р , 0 "=" 4,8 × 10 5 (плотность излучения), согласно этому документу .

На время т ( а ) Я беру масштабный коэффициент а и разделить его через интегрированную скорость рецессии

т ( а ) "=" а 0 а ЧАС ( а ) а   г а / ( а 0 )
и, наконец, упростить до
т ( а ) "=" а 2 0 а ЧАС ( а ) а   г а .

Но проблема в том, что я 8 × 10 9 лет для возраста Вселенной, но он должен быть около 12 × 10 9 лет (которые я получаю, когда устанавливаю Ом р , 0 до нуля):

Ом р , 0 "=" 4,8 × 10 5 :график для первого значения содержания радиации

Ом р , 0 "=" 0 0,00001 :графики изменения значения радиационного содержания

Должен ли я использовать другие модели, кроме FLRW/ΛCDM, или один из моих параметров устарел?

Привет, Симон Тиран, и добро пожаловать на Stackexchange по физике. Пара из нас внесла существенные изменения, чтобы набрать ваши формулы - вы должны убедиться, что мы ненароком не изменили смысл вашего вопроса. Для будущих вопросов мы рекомендуем использовать форматирование в стиле Latex , чтобы упростить чтение вопросов и помочь им получить больше голосов;)

Ответы (1)

Полная плотность энергии по определению

Ом Т , 0 "=" Ом р , 0 + Ом М , 0 + Ом Λ , 0 ,
так что со значениями, которые вы приводите ( Ом р , 0 "=" 4,8 × 10 5 , Ом М , 0 "=" 0,317 , Ом Λ , 0 "=" 0,683 ), мы получаем Ом Т , 0 "=" 1 , или в более общем обозначении Ом К , 0 "=" 1 Ом Т , 0 "=" 0 , т. е. пространство с нулевой кривизной.

Также принято определять современное значение коэффициента масштабирования как а 0 "=" 1 , так что

ЧАС ( а ) "=" ЧАС 0 Ом р , 0 а 4 + Ом М , 0 а 3 + Ом К , 0 а 2 + Ом Λ , 0 .

Тогда возраст Вселенной можно определить следующим образом:

г а г т "=" а ˙ ,
мы получаем
г т "=" г а а ˙ "=" г а а ЧАС ( а ) "=" а г а а 2 ЧАС ( а ) "=" 1 ЧАС 0 а г а а 2 Ом р , 0 а 4 + Ом М , 0 а 3 + Ом К , 0 а 2 + Ом Λ , 0 "=" 1 ЧАС 0 а г а Ом р , 0 + Ом М , 0 а + Ом К , 0 а 2 + Ом Λ , 0 а 4 .
Интегрирование дает разницу между временем испускания сигнала и временем его наблюдения:
т об т Эм "=" 1 ЧАС 0 а Эм а об а г а Ом р , 0 + Ом М , 0 а + Ом К , 0 а 2 + Ом Λ , 0 а 4 ,
а возраст Вселенной
т 0 "=" 1 ЧАС 0 0 1 а г а Ом р , 0 + Ом М , 0 а + Ом К , 0 а 2 + Ом Λ , 0 а 4 .
Это должно дать вам правильный возраст.

@Пульсар, Вы уверены? Почему коэффициенты мощности масштабного коэффициента меняются местами в вашем временном интеграле, так что ΩR является постоянным, ΩM линейным и ΩΛ с a^4 ? Эта функция будет выглядеть 666kb.com/i/cdvhxl9dw1exeanm4.png
Да, обратите внимание, что я написал дополнительный а в числителе, так что г т "=" а г а / ( а 2 ЧАС ( а ) ) , и а 2 в знаменателе можно записать под sqrt. Также интересно отметить, что пик подынтегральной функции соответствует времени, когда расширение Вселенной начало ускоряться.
Но как получается, что ΩΛ переходит от константы к a^4 и ΩR от a^-4 к константе, в то время как ΩM переходит от a^-3 к a и ΩM от a^-2 к a^2? Является ли шаблон a ^ (n + 4) или почему это так? Я записал ваше предложение на красный график; Я правильно тебя понял? Сюжет: 666kb.com/i/cdx9yebs8odlknm6k.png PS: Кажется, что мой первоначальный вопрос (почему я получаю 8 вместо 12 Gyr с моим самодельным масштабным коэффициентом через интегрированный интеграл скорости рецессии) имеет ответ в численной точности; когда я избегаю сингулярности при a = 0, я получаю ожидаемые 12 млрд лет (синий график)
Я добавил два дополнительных шага в свой ответ, надеюсь, теперь все ясно. Это действительно правильная формула, вы найдете ее в каждом курсе космологии (например, на странице 14 casa.colorado.edu/~ajsh/phys5770_08/frw.pdf ). Я не знаю, какое значение ЧАС 0 вы использовали, но с ЧАС 0 "=" 67,3 км с 1 Мпк 1 , вы должны получить возраст 13,79 миллиардов лет.
Кто-нибудь может объяснить значение того факта, что а ¨ не появляется в этом ответе? Есть ли где-то неявное предположение?