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科学探索

使用ΛCDM模型计算宇宙年龄

科学探索万象经验2023-05-08

其中a是今天的比例因子,它等于1。我们知道,哈勃常数是星系退行速度与距离的比值,但在这里,我们将使用的是根据比例因子定义的哈勃常数:

现在,计算宇宙年龄的关键就在于哈勃常数,我们可以通过一系列操作把它变成是a的函数。通过考虑弗里曼方程,我们可以将哈勃常数写成如下红移的形式:

在ΛCDM模型中,曲率是平坦的,所以我们将Ω_k设置为零。正如我们所看到的,辐射密度项在今天的宇宙中也是微不足道的,所以我们也让Ω_k等于零。因此,最终的哈勃常数将只剩下一个更简单的方程:

于是,宇宙年龄的积分方程就变成了如下形式:

接下来,我们只需要把数值带进去就可以求出宇宙的年龄了。要设置当前的宇宙年龄,我们必须要将红移值Z设置为0。此外,根据2018年普朗克卫星数据,我们可以知道当前的哈勃常数H_0=67.5(km/s)/Mpc,暗能量密度Ω_Λ=0.685,物质密度Ω_m=0.315。把这些值代入公式,我们就可以得到宇宙的年龄为137.8亿年。