Zur Abwechslung mal wieder was zum Thema:
Die Evolution des Universums und seiner Horizonte in SchalendarstellungCode:
(* Syntax: Mathematica ||| yukterez.net *)
kg = 1; m = 1; sek = 1; K = 1;(* Units *)
set = {"GlobalAdaptive", "MaxErrorIncreases" -> 100, Method -> "GaussKronrodRule"}; (* Integration Rule *)
n = 100; (* Recursion Depth *)
tE = 300 Gyr; (* Eventhorizon Limit *)
c = 299792458 m/sek; (* Lightspeed *)
ca = 1; (* Perturbation Velocity *)
G = 667384*^-16 m^3 kg^-1 sek^-2; (* Newton's Constant *)
Gyr = 10^7*36525*24*3600*sek; (* Billion Year Scale *)
Glyr = Gyr*c; (* Billion Lightyear Scale *)
Mpc = 30856775777948584200000 m; (* Megaparsec *)
kB = 13806488*^-30 kg m^2/sek^2/K; (* Boltzmann's Constant *)
h = 662606957*^-42 kg m^2/sek; (* Planck's Constant *)
ρc[H_] := 3 H^2/8/π/G; (* Critical Density *)
ρR = 8 π^5 kB^4 T^4/15/c^5/h^3; (* Radiation Density *)
ρΛ = ρc[H0] ΩΛ; (* Dark Energy Density *)
T = 2725/1000 K; (* CMB Temperature *)
H0 = 67150 m/Mpc/sek; (* Hubble's Constant *)
ΩR = ρR/ρc[H0]; ΩM = 317/1000; ΩΛ = 683/1000 - ΩR; ΩT = ΩR + ΩM + ΩΛ; ΩK = 1 - ΩT; (* Density Parameters *)
aE[t_] := Power[(Sqrt[ΩM/ΩΛ] Sinh[(3 H0 Sqrt[ΩΛ])/2 t])^2, (3)^-1]; (* Solving Region *)
w[a_, w0_] := (1 + w0) (Sqrt[1 + (ΩΛ^-1 -1) a^-3] - (ΩΛ^-1 - 1) a^-3 Tanh[1/Sqrt[1 + (ΩΛ^-1 - 1) a^-3]]^-1)^2 (1/Sqrt[ΩΛ] - (ΩΛ^-1 - 1) Tanh[Sqrt[ΩΛ]]^-1)^-2 - 1; (* Dark Energy Function *)
F[a_, w0_] := Sqrt[ΩR a^-4 + ΩM a^-3 + ΩK a^-2 + ΩΛ a^(-3 (w[a, w0] + 1))]; (* Density Function by Scalefactor *)
φ[z_, w0_] := Sqrt[ΩR (z + 1)^4 + ΩM (z + 1)^3 + ΩK (z + 1)^2 + ΩΛ ((1 + z)^(3 (w[1/(z + 1), w0] + 1))) ]; (* Density Function by Redshift *)
H[a_, w0_] := H0 F[a, w0]; (* Hubble Parameter by Scalefactor *)
ε[z_, w0_] := H0 φ[z, w0]; (* Hubble Parameter by Redshift *)
int[f_, {x_, xmin_, xmax_}] := Quiet[NIntegrate[f, {x, xmin, xmax}, Method -> set, MaxRecursion -> n]];
ta[A_, w0_] := int[1/a/ H[a, w0], {a, 0, A}]; (* Time by Scalefactor *)
α[τ_, w0_] := Quiet[A /.FindRoot[ta[A, w0] - τ, {A, 1}]] (* Scalefactor by Time *)
tz[Z_, w0_] := int[1/(1 + z)/ ε[z, w0], {z, Z, \[Infinity]}]; (* Time by Redshift *)
χ[τ_, w0_] := Z /. Quiet[FindRoot[tz[Z, w0] - τ, {Z, 0}]] (* Redshift by Time *)
rH[τ_, w0_] := c/H[α[τ, w0], w0]; (* Hubble Radius *)
lC[τ_, w0_] := int[-c α[τ, w0]/a^2/H[a, w0], {a, 1, α[τ, w0]}]; (* Light Cone of t0 *)
Lc[τ_, t_, w0_] := int[-c α[τ, w0]/a^2/H[a, w0], {a, α[t, w0], α[τ, w0]}]; (* Light Cone of t *)
eH[τ_, w0_] := α[τ, w0] int[c/(α[time, w0]), {time, τ, tE}]; (* Event Horizon *)
pH[τ_, w0_] := int[-α[τ, w0] c/a^2/H[a, w0], {a, α[τ, w0], 0}]; (* Particle Horizon *)
g[τ_, w0_] := tc /. Quiet[FindRoot[pH[tc, w0]/c - τ, {tc, τ}]]; (* Conformal Time *)
ωR[τ_, w0_] := ΩR α[τ, w0]^-4/ρc[H[α[τ, w0]]]; (* Radiation Evolution *)
ωM[τ_, w0_] := ΩM α[τ, w0]^-3/ρc[H[α[τ, w0]]]; (* Matter Evolution *)
ωK[τ_, w0_] := ΩK α[τ, w0]^-2/ρc[H[α[τ, w0]]]; (* Curvature Evolution *)
ωΛ[τ_, w0_] := ΩΛ α[τ, w0]^(-3 (w[α[τ, w0], w0] + 1))/ρc[H[α[τ, w]]]; (* Dark Energy Evolution *)
t0[w0_] := ta[1, w0]/Gyr; (* Age of the Universe, now *)
"t0 in Gyr" -> t0[-1]
w0 = -1;
kr1[f_, cl_] := Quiet[{cl, Thickness[0.006], Circle[{0, 0}, f]}];
kr2[f_, cl_] := Quiet[{cl, Circle[{0, 0}, f]}];
Do[Print[Grid[{
{Quiet[Graphics[{
{Table[kr2[α[τ Gyr, -1] (3/2)^32/(3/2)^n, Lighter[Lighter[Gray]]], {n, 1, 42}]},
{kr1[rH[τ Gyr, w0]/Glyr, Cyan]}, {kr1[pH[τ Gyr, w0]/Glyr, Green]},
{kr1[eH[τ Gyr, w0]/Glyr, Magenta]},
{kr1[(Quiet[FindMaximum[{Lc[Tm Gyr, τ Gyr, -1]/Glyr}, {Tm, 0}][[1]]]), Orange]}
}, PlotRange -> {{-60, 60}, {-60, 60}},
Frame -> True, PlotRangeClipping -> True, ImageSize -> 440]]},
{Evaluate[N[τ, 8]]}}]], {τ, 1/10000, 25.6, 25.6/500.0}]
Im Gegensatz zu den meisten vereinfachten Rechnungen ist hier auch die Strahlung (ΩR) berücksichtigt. Wir befinden uns jetzt bei t = 13.82 Gyr:

ΛCDM ||| ΩR = 4.8e-5; ΩM = 0.315; ΩΛ = 1-ΩR-ΩM ||| Achsen: GigalichtjahreIm weiteren Verlauf (ca. 100 Gyr nach dem Urknall) konvergiert dann auch noch der Lichtkegel (orange) auf den Hubbleradius (cyan) und den Ereignishorizont (magenta) zu nachdem der Hubbleparameter auf einen konstanten Wert zugeht. Der Partikelhorizont (grün) zeigt wie weit ein Neutrino das wir zu t=0 aussandten inzwischen gekommen ist, und der Skalenfaktor (grau) wie schnell sich der Raum selbst ausdehnt (siehe auch
Animation 2).
Illustrierend,
