Accélération de l'expansion.

[papy-alain]

Bonjour à tous.
La théorie attribue la cause de l'accélération de l'expansion de l'univers à l'énergie noire. Sans la remettre en cause, je me pose une question fondamentale à ce sujet.
S'il s'agit d'une énergie répulsive, qui agit sur la matière par gravitation négative, le terme "accélération de l'expansion" est dans ce cas très mal choisi, car il s'agit alors d'un déplacement de matière DANS l'espace, indépendamment de l'expansion elle-même pour laquelle la matière se déplace AVEC l'espace. Par contre, s'il s'agit réellement du taux d'expansion qui s'accroît au fil du temps, on ne doit plus alors parler d'énergie (noire ou sombre), mais d'une adaptation mathématique à la formulation actuelle du taux d'expansion.
C'est peut être aussi une question de sémantique, mais il me paraît incompatible de parler en même temps d'énergie répulsive et d'accélération de l'expansion.
J'ignore si j'ai été clair dans la formulation de ma question, mais un avis éclairé m'apporterait une grande satisfaction.
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[Gloubiscrapule]

Il ne faut pas voir la gravitation avec une vision newtonienne, comme une force. La gravitation ralentit l'expansion de l'univers, sans pour autant impliquer un déplacement dans l'espace. Ce que nous dit l'équation d'Einstein en relativité générale c'est que tout l'espace est directement affecté par la présence d'énergie. Donc que ce soit par la matière ou l'énergie sombre, la dynamique de l'espace, l'expansion, est affectée.
On parle plutôt de pression négative (pression au sens cosmologique pas au sens physique courant) que de gravitation négative pour l'énergie sombre.

[Zefram Cochrane]

Salut,
en espérant ne pas dire de crack, ma première impression concernant l'accélération de l'expansion serait que ce phénomène n'agit pas comme une force antigravitationnelle (force répulsive). C'est pour cela que localement, cette acclélération de l'expansion s'observe à grande échelle tandis que la contraction de l'espace-temps engendrée par la force de gravitation.

en espérant t'avoir été utile.

[papy-alain]

D'accord, Gloubi. Mais comment peut on apprécier la part d'énergie noire dans le taux d'expansion actuel, sachant que cette accélération existe depuis un temps indéterminé, étant entendu que l'énergie noire n'est pas responsable de l'expansion, mais uniquement de son accélération ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gloubiscrapule]

D'accord, Gloubi. Mais comment peut on apprécier la part d'énergie noire dans le taux d'expansion actuel, sachant que cette accélération existe depuis un temps indéterminé, étant entendu que l'énergie noire n'est pas responsable de l'expansion, mais uniquement de son accélération ?

Dans le modèle standard l'énergie sombre est modélisée comme une constante cosmologique.
Le taux d'expansion au redshift z (indicateur de temps) est donnée par la formule:



où H₀ est la constante de Hubble aujourd'hui, la densité de matière aujourd'hui (0.27), et la densité d'énergie sombre aujourd'hui (0.73). Ces densités sont données en fraction de la densité critique de l'univers.

Tu vois que plus z est grand plus le terme de gauche sous la racine qui correspond à la densité de matière est grand devant le terme constant de la constante cosmologique
Ca veut dire qu'au début l'énergie sombre n'a aucun effet. Et le taux d'expansion décroit tranquillement comme la densité de matière diminue avec la dilution dans l'expansion.

Or quand z devient suffisamment petit, la densité constante de la constante cosmologique devenant comparable à celui de la matière, implique que H ne décroit plus aussi vite que juste avec de la matière. Et cette décroissance plus lente du taux d'expansion (jusqu'à devenir constant) implique une accélération de l'expansion!

[gammler]

Toujours aussi précis dans ses explications, Gloubi! Merci. Sauf un truc quand même: c'est quoi ça?

la densité constante de la constante cosmologique...

Et puis, j'ai bien noté que l'énergie sombre n'est responsable que de l'accélération de l'expansion. Mais alors, l'expansion, elle est due à quoi?

[Deedee81]

Salut,

Mais alors, l'expansion, elle est due à quoi?

A la matière, l'énergie et la gravité.

Tu peux voir ça avec une analogie simple.

Suppose que tu jettes un caillou en l'air. Alors celui-ci s'éloigne : c'est l'expansion. Il ralentit au cours du temps (effet de la gravité). S'il ralentit assez il finira par retomber (big crunch) sinon il s'éloignera à l'infini.

Il est clair que si le caillou accélère en s'éloignant c'est bizarre.

Quelle est l'origine de cette élévation du caillou : toi, qui l'a jeté en l'air. Et pour l'univers ? On ne sait pas. C'est lié à son origine, l'instant t=0 ou ce qui a précédé (pré-big bang), mais on n'a aucune observation et des dizaines de théories sur ce sujet.

[papy-alain]

Je me suis donné le temps de la réflexion pour comprendre ce que cette formule implique physiquement. En termes mathématiques, elle est simple à comprendre. Se représenter mentalement sa signification concrète, c'est autre chose (en tout cas pour moi), car on est loin, effectivement, d'une physique Newtonienne.
Mais s'il est nécessaire de faire appel à l'énergie noire pour justifier une variation dans la vitesse d'expansion de l'espace, il est tout aussi nécessaire qu'une énergie intervienne dans l'expansion elle même. Ou, pour dire les choses autrement, quel est le phénomène physique qui induit la constante de Hubble elle-même ? Ma question n'a peut être pas de sens, mais dans ce cas je ne parviendrai jamais à comprendre ce qui justifie l'expansion dans sa nature profonde.

[mtheory]

Bonjour à tous.
La théorie attribue la cause de l'accélération de l'expansion de l'univers à l'énergie noire. Sans la remettre en cause, je me pose une question fondamentale à ce sujet.
S'il s'agit d'une énergie répulsive, qui agit sur la matière par gravitation négative, le terme "accélération de l'expansion" est dans ce cas très mal choisi, car il s'agit alors d'un déplacement de matière DANS l'espace, indépendamment de l'expansion elle-même pour laquelle la matière se déplace AVEC l'espace. Par contre, s'il s'agit réellement du taux d'expansion qui s'accroît au fil du temps, on ne doit plus alors parler d'énergie (noire ou sombre), mais d'une adaptation mathématique à la formulation actuelle du taux d'expansion.
C'est peut être aussi une question de sémantique, mais il me paraît incompatible de parler en même temps d'énergie répulsive et d'accélération de l'expansion.

Bonjour,

Non. Il n'y a strictement aucun problème dans le choix des termes sémantiques.
http://www.futura-sciences.com/fr/do...33/c3/221/p10/

Regardez la première courbe. Il s'agit de celle du facteur a(t) décrivant la dilatation de l'espace entre deux amas de galaxies qui sont l'analogue de grains de raisins pris dans une boule de gâteau en train de gonfler. On voit clairement une évolution correspondant à une accélération.

On peut écrire une équation de mouvement pour a(t) où cette grandeur joue le rôle de la position d'une particule. Cette équation fait intervenir la "constante" cosmologique" qui se comporte dans les équation d'Einstein comme un terme de pression, or la pression est homogène à une densité d'énergie.

[papy-alain]

Merci, mtheory. Mais l'article en lien décrit trois scénarios possibles selon la nature de cette énergie sombre : big crunch, big rip, ou accélération constante. J'en déduis donc que la formulation actuelle est incertaine, qu'elle ne s'inscrit que dans le modèle cosmologique standard, mais que celui-ci pourrait être profondément modifié dans l'avenir.

[mtheory]

Merci, mtheory. Mais l'article en lien décrit trois scénarios possibles selon la nature de cette énergie sombre : big crunch, big rip, ou accélération constante. J'en déduis donc que la formulation actuelle est incertaine, qu'elle ne s'inscrit que dans le modèle cosmologique standard, mais que celui-ci pourrait être profondément modifié dans l'avenir.

Non, "actuellement", l'expansion est en accélération. C'est un fait.
C'est le futur de cette accélération qui est incertain.

[papy-alain]

Oui, c'est bien ce que je voulais dire. Mais si l'évolution future est incertaine, l'évolution passée l'est tout autant, alors. Si les formules mathématiques qui décrivent l'univers aujourd'hui sont exactes, l'évolution future devrait pouvoir être extrapolée avec certitude. Comme ce n'est pas le cas, j'imagine qu'il y a une certaine réserve sur la pertinence du modèle actuel, et donc également sur l'évolution dans le passé, non ?

[mtheory]

Oui, c'est bien ce que je voulais dire. Mais si l'évolution future est incertaine, l'évolution passée l'est tout autant, alors. Si les formules mathématiques qui décrivent l'univers aujourd'hui sont exactes, l'évolution future devrait pouvoir être extrapolée avec certitude. Comme ce n'est pas le cas, j'imagine qu'il y a une certaine réserve sur la pertinence du modèle actuel, et donc également sur l'évolution dans le passé, non ?

Non, c'est asymétrique. Nous avons les observations du passé. Là, nous ne connaissons pas la nature de l'énergie noire et donc nous ne pouvons pas extrapoler son changement possible dans le futur.

[gammler]

Salut,

A la matière, l'énergie et la gravité.

Tu peux voir ça avec une analogie simple.

Suppose que tu jettes un caillou en l'air. Alors celui-ci s'éloigne : c'est l'expansion. Il ralentit au cours du temps (effet de la gravité). S'il ralentit assez il finira par retomber (big crunch) sinon il s'éloignera à l'infini.

Il est clair que si le caillou accélère en s'éloignant c'est bizarre.

Quelle est l'origine de cette élévation du caillou : toi, qui l'a jeté en l'air. Et pour l'univers ? On ne sait pas. C'est lié à son origine, l'instant t=0 ou ce qui a précédé (pré-big bang), mais on n'a aucune observation et des dizaines de théories sur ce sujet.

Alors là, j'ai encore plus de mal! Je croyais que la gravité, ça allait plutôt dans le sens de la contraction
Et puis l'analogie avec le caillou, là non plus j'adhère pas: tu le dis toi-même: qu'est-ce qui a lancé le caillou? En plus on nous rabache qu'à l'origine y a pas eu d'explosion; que le mouvement de fuite des galaxies lointaines, c'est pas une vitesse propre, c'est une création d'espace. Donc c'est kekchose qui n'a rien à voir avec le caillou. Le fait qu'on constate une accélération permet d'exclure justement le scénario du caillou; mais je suis comme Papy-alain, je vois pas pourquoi on peut pas attribuer la même cause à l'expansion et à son accélération

[papy-alain]

Je remarque que Nouti, Gammler et moi nous nous posons la même question : quel phénomène physique entretient l'expansion ?
Qu'est ce qui dilate l'espace au point d'entrainer la matière dans une fuite incessante depuis 13,7 G a-l ?

[Calvert]

Je remarque que Nouti, Gammler et moi nous nous posons la même question : quel phénomène physique entretient l'expansion ?
Qu'est ce qui dilate l'espace au point d'entrainer la matière dans une fuite incessante depuis 13,7 G a-l ?

Je ne sais pas si la réponse vous conviendra ou non, et peut-être que d'autres intervenants auront une approche plus "imagée". Toujours est-il que les solutions de l'équation d'Einstein pour un univers isotrope et homogène sont de trois types :
- un univers en contraction,
- un univers statique,
- un univers en expension.

Le cas statique nécessite l'ajout d'une constante cosmologique (la plus "grande erreur" d'Einstein). De plus, cette configuration est instable.

Reste donc un univers en expension ou en contraction, et là, c'est l'observation qui tranche... Donc, je dirais que dans le cadre de la RG, l'expension de l'univers est une de ces propriétés intrinsèque et ne nécessite pas d'entretien.

[Mailou75]

Qu'est ce qui dilate l'espace au point d'entrainer la matière dans une fuite incessante depuis 13,7 G a-l ?

Allez je tente ... le temps ?

[papy-alain]

Donc, je dirais que dans le cadre de la RG, l'expension de l'univers est une de ces propriétés intrinsèque et ne nécessite pas d'entretien.

La constante de Hubble a été intégrée aux équations de la RG pour que la théorie colle aux observations, ce qui a permis d'établir le modèle cosmologique. Dire ensuite que l'expansion est une propriété intrinsèque du modèle est un pléonasme qui n'explique rien.

[papy-alain]

Allez je tente ... le temps ?

Je te rappelle que, selon toi, le temps rétrécit la matière.

[Mailou75]

Plus serieusement, enfin j'essaye

On reprendra l'image vulgarisée de la déformation d'un l'espace temps à 2D par une masse : une cavité dans un plan
On supposera une portion de cet espace temps devant rester en "equilibre"
(genre matelas à eau, si j'appuie qq part ca gonfle autour)
Si la partie "enfoncée" de l'espace temps c'est la matière (gravité)
on peut supposer que le vide autour doit,
pour maintenir l'équilibre de l'ensemble, être répulsif (antigravité) ?
Ca expliquerait pourquoi le vide s'expanse plus vite


.............Mailou

[Mailou75]

Je te rappelle que, selon toi, le temps rétrécit la matière.

Mais je reste cohérent
Le temps c'est ce qui t'éloigne de tout ...non ?
Si tu preféres penser que tout s'eloigne de toi... à ta guise
Perso j'ai pas d'avis tranché, je me/vous pose des questions comme ca

A bientot
Mailou

[Calvert]

La constante de Hubble a été intégrée aux équations de la RG pour que la théorie colle aux observations, ce qui a permis d'établir le modèle cosmologique. Dire ensuite que l'expansion est une propriété intrinsèque du modèle est un pléonasme qui n'explique rien.

Certes, mais rappelons quand même que jusque dans les année 90, on utilisais un modèle d'univers SANS constante cosmologique (elle a été réintriduite pour rendre compte de l'accélération de l'expension), mais quand même un univers en expension. J'ai l'impression que ce n'est pas clair, mais la constante cosmologique n'est PAS nécessaire à rendre compte d'un univers en expension (ou en contraction).

P.S. : attention de ne pas confondre la constante de Hubble et la constante cosmologique, ce n'est pas la même chose.

[papy-alain]

J'ai l'impression que ce n'est pas clair, mais la constante cosmologique n'est PAS nécessaire à rendre compte d'un univers en expension (ou en contraction).

Quand Einstein a développé les principes de la relativité générale, c'était dans l'optique d'un univers statique. Quand Hubble est venu mettre son grain de sel en mettant l'expansion en évidence, la seule réaction d'Einstein fut de retirer sa constante cosmologique, sans rien modifier d'autre. On ne peut donc pas dire que l'expansion fait partie intrinsèquement de la RG, qui fonctionnerait tout aussi bien si l'univers était statique. La preuve en est qu'il fut fort étonné de constater la réalité de cette expansion, car rien ne laissait présager cette notion à l'époque, et pourtant la RG tient toujours la route.
Je suis conscient que rien n'est intuitif dans ce domaine, mais il faut tout de même admettre qu'un espace qui gonfle tout seul, sans aucune intervention physique de quelque nature que ce soit, est quand même quelque chose de très étrange, difficile à avaler sur base de principes mathématiques aussi sophistiqués soient ils.

[Gloubiscrapule]

La constante de Hubble a été intégrée aux équations de la RG pour que la théorie colle aux observations, ce qui a permis d'établir le modèle cosmologique. Dire ensuite que l'expansion est une propriété intrinsèque du modèle est un pléonasme qui n'explique rien.

Non la constante de Hubble fait partie entièrement de la théorie, d'ailleurs l'abbé Lemaitre avait retrouvé cette relation de façon théorique 2 ans avant que Hubble la trouve par l'observation!

Quand Einstein a développé les principes de la relativité générale, c'était dans l'optique d'un univers statique.

Non il s'est aperçu que l'univers était naturellement soit en contraction soit en expansion, il a donc cherché un peu et a pu introduire la constante cosmologique sans fausser son équation. Ce qui permettait d'avoir un univers statique.

On ne peut donc pas dire que l'expansion fait partie intrinsèquement de la RG, qui fonctionnerait tout aussi bien si l'univers était statique. La preuve en est qu'il fut fort étonné de constater la réalité de cette expansion, car rien ne laissait présager cette notion à l'époque, et pourtant la RG tient toujours la route.

Si l'expansion (ou contraction) est une conséquence d'un univers homogène et isotrope en RG. Quand les observations de Hubble ont montré la réalité d'un univers en expansion il a du retirer sa constante.

[papy-alain]

M'enfin. La RG n'est pas le moteur qui fait fonctionner l'univers. Elle décrit très bien ce qui s'y passe. C'est en ce sens une théorie inébranlable, maintes fois vérifiées, qui permet de développer un modèle cosmologique correspondant aux observations. Mais une chose m'interpelle : dans tous les domaines de la physique, ont décrit le comment mais pas le pourquoi. C'est logique et c'est heureux. Mais concernant l'expansion de l'espace, on explique le pourquoi et pas le comment. Si je demande pourquoi l'espace gonfle, on me dit "parce que c'est dans la RG". Mais si je demande comment il gonfle, ma question reste incomprise.

[mtheory]

M'enfin. La RG n'est pas le moteur qui fait fonctionner l'univers. Elle décrit très bien ce qui s'y passe. C'est en ce sens une théorie inébranlable, maintes fois vérifiées, qui permet de développer un modèle cosmologique correspondant aux observations. Mais une chose m'interpelle : dans tous les domaines de la physique, ont décrit le comment mais pas le pourquoi. C'est logique et c'est heureux. Mais concernant l'expansion de l'espace, on explique le pourquoi et pas le comment. Si je demande pourquoi l'espace gonfle, on me dit "parce que c'est dans la RG". Mais si je demande comment il gonfle, ma question reste incomprise.

Non, la situation est la même que pour l'exemple du caillou.

Imaginer un avion en papier lancé dans une pièce vide sur Terre. Il possède une énergie cinétique initiale et une énergie potentielle tout comme une bille lancé dans la même pièce. Les équations de Friedmann sont l'analogue de celle de l'énergie mécanique d'une telle bille ou d'un tel avion. Une fois le mouvement lancé, il n'y rien d'autre qui l'entretient que son énergie cinétique initiale et il a une trajectoire donnée.

Maintenant imaginer que l'avion est en réalité dans une soufflerie. Les équations vont être changées, le mouvement va être changé. L'énergie noire est l'apparition d'un terme supplémentaire similaire.

Mais évidemment, nous ne connaissons pas ce qui a fixé l'énergie cinétique initiale=la valeur de la vitesse initiale de l'avion et sa cause, ni la valeur de l'écoulement de l'air. Dans le cas de la cosmologie, c'est l'état initial de l'Univers au "moment" de la singularité cosmologique initiale et l'origine de l'énergie noire(vent).

[mtheory]

M'enfin. La RG n'est pas le moteur qui fait fonctionner l'univers..

Vous raisonnez en partie en terme de physique aristotélicienne.
Si il y a mouvement, il y a une force pour entretenir, c'est à dire que la vitesse est proportionnelle à la force.

C'est faux en physique newtonienne et en RG=principe d'inertie.

Mais je comprends bien que la question qui vous intéresse aussi c'est qu'est ce qui a lancé le mouvement d'expansion. Là, nous ne savons pas.

[ansset]

Oui, c'est bien ce que je voulais dire. Mais si l'évolution future est incertaine, l'évolution passée l'est tout autant, alors. Si les formules mathématiques qui décrivent l'univers aujourd'hui sont exactes, l'évolution future devrait pouvoir être extrapolée avec certitude. Comme ce n'est pas le cas, j'imagine qu'il y a une certaine réserve sur la pertinence du modèle actuel, et donc également sur l'évolution dans le passé, non ?

bonjour,
la grosse difference c'est qu'on peut "observer" le passé, et donc en proposer des modèles.
il faut aussi noter que l'expansion n'a pas été linéaire.
d'ou une impossibilité de conjuger/comparer passé et futur.

[papy-alain]

@ mtheory : ce n'est pas l'impulsion initiale qui m'intéresse, car je sais qu'elle est inexplicable. Par contre tu compares le maintien de cette expansion à une sorte d'énergie cinétique. Ce pourrait être le cas s'il y avait eu explosion, projetant la matière dans toutes les directions, dans un vide préexistant. Mais ce n'est pas le cas (on me l'a assez rabâché). Il se "crée" de l'espace en permanence et il faut nécessairement qu'un phénomène physique intervienne pour cela. Je remarque d'ailleurs que cette création d'espace est neutralisée par la gravitation locale au sein des amas galactiques. Il y a donc interaction entre deux forces opposées dans des circonstances locales.

[mtheory]

Il se "crée" de l'espace en permanence et il faut nécessairement qu'un phénomène physique intervienne pour cela.

Pas vraiment, la situation est mathématiquement identique à celle d'un cailloux et physiquement c'est la même chose aussi. On a des grandeurs physiques qui évoluent selon des lois données.