L'énergie de l'univers est constante

[invite234d9cdb]

Bonsoir !

Il s'agit là du premier principe de thermodynamique, je ne vous apprends probablement rien

Ce que je me demande c'est ce qu'on définit par univers...

Si la définition de l'univers c'est "volume qui regroupe toutes les galaxies, trous noirs, etc...., volume qui est d'ailleurs en expansion", alors je me pose une question : l'énergie de l'univers est elle vraiment constante ? Les étoiles en périphérie de l'univers, si elles explosent, elles envoient de l'énergie vers "l'intérieur" de l'univers mais aussi vers l'extérieur où il n'y a absolument rien... cette énergie est donc perdue, non ?
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[invite2a222fea]

Salut,
Jme trompe peut-être mais il me semble que l'énergie qui est expulsée lors des phénomènes que tu décrit se déplace nécessairement moins vite que la vitesse d'expansion de l'Univers. Les vecteurs de cette énergie faisant justement partie de ce qu'on défini comme l'Univers, ils ne peuvent pas lui être extérieur.

Dites moi si je me trompe. A+

[invite234d9cdb]

Le photon va à la vitesse de la lumière !
L'univers grandit plus vite que la vitesse de la lumière ?

[deep_turtle]

L'univers grandit plus vite que la vitesse de la lumière ?

Ce point a été abordé plusieurs fois ici, la réponse est que ce qu'on appelle la "vitesse" d'expansion de l'Univers n'est pas une vitesse (des m/s) mais un taux (des /s), et ça n'a pas de sens de la comparer avec la vitesse de la lumière.

Sinon pour la question de l'énergie, oui elle est constante, c'est même sur ça que sont basées les équations de la cosmologie. L'exemple que tu proposes, celui d'une étoile, est particulièrement simple : tu supposes, à tort, que l'Univers a un bord, avec d'un côté nous, et de l'autre rien. Or non ce n'est pas ça (ça aussi on en a loooooguement discuté à de nombreuses reprises).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite687e0d2b]

l'univers peut être fini, en expansion et sans bord. un peu comme une sphère, sa surface est fini mais elle n'a pas de bord.. je suis pressé au revoir...

[invite234d9cdb]

C'est dur d'imaginer que qqch sans bord est en expansion !

[Garion]

C'est dur d'imaginer que qqch sans bord est en expansion !

La surface d'un ballon qu'on gonfle est en expansion et sans bord.

[invite687e0d2b]

imagine des gens en 2 dimensions qui vivent sur la surface d'une sphère. ils ne sont pas conscients qu'il y a une troisième dimension et ils ne se rendent pas compte que la surface sur la quelle il vivent est courbe, pourtant s'ils se mettent à avancer vers une certaine direction, ils finiront par faire le tour et continueront à tourner indéfiniment. quoiqu'ils fassent ils ne trouveront pas de bord puisque c'est une sphère mais la surface sur laquelle il vive est bien fini. si maintenant cette sphère se mettait à gonfler, sa surface croiterait et les points qui sont sur cette surface s'éloigerait. une remarque: pour ces êtres vivant l'univers est la surface sur laquelle ils vivent et il n'y a aucun sens à se demander ce qu'il ya à l'extérieur de cette surface et ils arriveront à expliquer çà par le fait que leur univers est "courbe" et qu'il n'est pas euclidien (deux lignes parrallèles finiront par se croiser). tu peux essayer de t'imaginer la même chose pour nous mais avec une dimension suplémentaire... oui je sais c'est pas facile...

[invite687e0d2b]

autre chose: cette vision de l'univers envisage une autre façon de se déplacer et d'atteindre certains endroits avant la lumière:
supposons qu'un photon se déplace le long de la surface de la sphère à la vitesse c. il est possible d'arriver à sa destination avant lui en passant à travers la sphère en ligne droite ce qui réduit la distance à parcourir. cela se passe comme si nous quitions cette surface à deux dimensions pour passer dans un monde à trois dimensions et traverser la sphère en ligne droite. c'est ce qu'on apelle en science-fiction; "passer par la quatrième dimension"
evidemment pour les personnages vivant sur la sphère, ils auraient appelé çà "passer par la troisième dimention"

[invite234d9cdb]

Je crois que j'ai compris

[invite687e0d2b]

Je crois que j'ai compris

c'est le principale...

[GillesH38a]

Il y a quand même un point délicat : c'est qu'il n'existe pas en Relativité Générale une manière générale de définir une quantité globale qui serait l'énergie, et qui serait constante au cours du temps (sauf dans quelques cas particuliers expliqués ci-dessous).

La RG est une théorie de champ, donc l'énergie est en fait associé à un tenseur (ou matrice) qui associe l'énergie avec la quantité de mouvement (ou impulsion) dans le "tenseur d'impulsion énergie" (matrice 4x4) noté Une des composantes, la composante purement temporelle , représente physiquement la densité locale d'énergie. On peut donc en théorie intégrer cette densité sur le volume de " l'Univers " et obtenir l'énergie totale. Une première difficulté évidente est que si l'Univers est infini , et de densité moyenne constante, l'énergie totale serait infinie. On peut penser n'intégrer que sur un certain volume "comobile", mais il y a un problème plus grave.

Le problème est qu'on aimerait pouvoir mettre dans toutes les formes d'énergie : matière, rayonnement, et champ gravitationnel. Or ce n'est mathématiquement pas possible pour le champ gravitationnel : il n'existe pas de manière correcte de définir un tenseur d'énergie impulsion pour la gravitation. On ne considère donc que le tenseur d'énergie-impulsion de tout le reste (matière +autres champs) . L'équation de "conservation" est en fait une équation d'évolution de la matière+autres champs dans le champ gravitationnel, qui ne CONSERVE pas l'énergie de la matière toute seule : quand une pomme tombe, son énergie cinétique augmente et elle ne se conserve pas ! en mécanique classique, on règle le problème en rajoutant une énergie potentielle de gravitation de façon que la somme des deux se conserve. Mais ça ne MARCHE pas en général en RG.

Le seul cas où on peut définir une énergie totale du champ gravitationnel, c'est quand les masses sont confinées dans une région finie de l'espace, et qu' l'UNivers est "asymprotiquement" euclidien ( le potentiel gravitationnel tendant vers zéro). Cette condition n'est PAS remplie dans les modèles cosmologiques standards, ou la densité de matière est uniforme. Il est donc impossible de définir une "énergie totale", même dans le cas d'un Univers fermé.
Le seul "invariant" est le signe de la courbure k=+1, 0 ou -1. Curieusement, seul le cas k=0 (Univers "parabolique", spatialement plat) peut donner une valeur de l'énergie définie constante : c'est zéro (l'énergie cinétique d'expansion contrebalançant exactement l'énergie gravitationnelle négative). Autrement dit, iln'y a qu'un cas où l'énergie de l'Univers a un sens et reste constante : c'est si elle est nulle ! (cas très possible d'ailleurs).

[deep_turtle]

Pour mettre un bémol à ton bémol (on baisse d'un ton ? ), on peut quand même exprimer la conservation de , qui se traduit par la conservation locale de quelque chose qu'on peut appeler de l'énergie, même si l'intégrale sur tout l'Univers de cette quantité n'est pas forcément définie. C'est ce qu'on veut dire quand on dit que l'énergie est conservée, non ?

[GillesH38a]

Pour mettre un bémol à ton bémol (on baisse d'un ton ? ), on peut quand même exprimer la conservation de , qui se traduit par la conservation locale de quelque chose qu'on peut appeler de l'énergie, même si l'intégrale sur tout l'Univers de cette quantité n'est pas forcément définie. C'est ce qu'on veut dire quand on dit que l'énergie est conservée, non ?

Salut Deep
ben justement, en RG l'équation de conservation est une 4-divergence covariante, qui n'est pas égale à la 4-divergence ordinaire à cause de la présence de termes supplémentaires (les connexions) : elle décrit donc plutot la variation d'énergie de la matière en présence de champ gravitationnel, qu'une conservation de l'énergie totale. Quand je dis que ce n'est pas vraiment une équation de conservation, c'est qu'on ne peut pas former une quantité (énergie matière + énergie champ gravitationnel) qui se conserve....

betement, un photon est émis , que devient son énergie quand sa longueur d'onde augmente par suite du décalage vers le rouge?

[deep_turtle]

OK je comprends et je crois que je suis d'accord avec toi, merci pour la précision !

[invitee11e2ec2]

l'Univers est en expansion dans quoi??

[Coincoin]

http://forums.futura-sciences.com/sh...513#post190513

[Gilgamesh]

betement, un photon est émis , que devient son énergie quand sa longueur d'onde augmente par suite du décalage vers le rouge?

Salut gillesh,

est ce qu'il n'y a pas moyen de s'en sortir en inversant la flèche du temps et de se dire que si on recontracte l'univers et qu'on fait rebondir le photon sur un miroir, il reviendra à sa source avec la même énergie de départ ?

salut

[DonPanic]

l'Univers est en expansion dans quoi??

Je ne suis pas sûr que tu te poserais la question avec la même insistance si on te disait que l'Univers rétrécit.

[inviteba0a4d6e]

betement, un photon est émis , que devient son énergie quand sa longueur d'onde augmente par suite du décalage vers le rouge?

Oui, d'ailleurs, s'il y a perte d'énergie liée au photon depuis l'émission jusqu'à l'observation à cause de l'expansion, que devient cette énergie ? Emission de particules à partir du photon ? Et si oui, lesquelles ?

[GillesH38a]

non ,elle ne devient "rien". on peut qualitativement l'interpréter comme une augmentation de l'énergie potentielle de gravitation parce que les corps s'écartent les uns des autres, mais on ne peut pas quantifier cette "énergie potentielle de gravitation" dans le cas général.

[inviteba0a4d6e]

non ,elle ne devient "rien". on peut qualitativement l'interpréter comme une augmentation de l'énergie potentielle de gravitation parce que les corps s'écartent les uns des autres, mais on ne peut pas quantifier cette "énergie potentielle de gravitation" dans le cas général.

Les corps ? Tu veux dire les crêtes et les creux de l'onde liée au(x) photon(s) ?

Et qu'entends-tu par "énergie potentielle de gravitation" concernant ce photon ?

[GillesH38a]

a cause de l'expansion de l'Univers les galaxies s'éloignent les unes des autres. En RG, c'est considéré comme un milieu continu, donc de moins en moins dense. Or l'énergie potentielle d'une sphère gravitationnellement lié augmente (diminue en valeur absolue mais elle est négative) si son rayon augmente. On peut voir ça comme "compensant" l'énergie cinétique de la matière et des photons qui diminue.

C'est un peu analogie au redshift gravitationnel quand un photon s'echappe d'un puits de potentiel, sa fréquence diminue.

Mais encore une fois, à prendre avec des pincettes, on ne peut pas définir une énergie totale qui se conserve globalement!

[mtheory]

a cause de l'expansion de l'Univers les galaxies s'éloignent les unes des autres. En RG, c'est considéré comme un milieu continu, donc de moins en moins dense. Or l'énergie potentielle d'une sphère gravitationnellement lié augmente (diminue en valeur absolue mais elle est négative) si son rayon augmente. On peut voir ça comme "compensant" l'énergie cinétique de la matière et des photons qui diminue.

C'est un peu analogie au redshift gravitationnel quand un photon s'echappe d'un puits de potentiel, sa fréquence diminue.

Mais encore une fois, à prendre avec des pincettes, on ne peut pas définir une énergie totale qui se conserve globalement!

Euh...ben globalement dans certains cas si,c'est la définition d'une loi de conservation locale avec un tenseur impulsion énergie sous forme covariante qui n'est généralement pas possible ou sans ambiguités non ?

[inviteba0a4d6e]

a cause de l'expansion de l'Univers les galaxies s'éloignent les unes des autres. En RG, c'est considéré comme un milieu continu, donc de moins en moins dense. Or l'énergie potentielle d'une sphère gravitationnellement lié augmente (diminue en valeur absolue mais elle est négative) si son rayon augmente. On peut voir ça comme "compensant" l'énergie cinétique de la matière et des photons qui diminue.

Donc, l'énergie "perdue" du photon se transmet automatiquement/directement à l'énergie globale de "l'hyper-sphère Univers"... ll y a conservation... (?) Mais par quel principe cela s'explique-t-il ? Par quel phénomène scientifique ? Comment ce photon transmet-il son énergie à l'Univers ? Comment transmet-il une "goutte" dans "l'océan" ?

C'est un peu analogie au redshift gravitationnel quand un photon s'echappe d'un puits de potentiel, sa fréquence diminue.

Peut-on alors affirmer que les photons provenant du Soleil subissent les effets de sa gravité et sont différents (même très peu) à l'arrivée sur Terre par rapport à leur départ depuis l'étoile, que leur fréquence a diminué ? Et que cette énergie "perdue" est transmise au Soleil lui-même ?

Mais encore une fois, à prendre avec des pincettes, on ne peut pas définir une énergie totale qui se conserve globalement!

Définir non, mais l'appréhender oui, selon les nombreuses affirmations en ce sens relatives (sur ce forum en tout cas) à l'équivalence de l'énergie globale de l'Univers depuis ses tout premiers instants jusqu'à nos jours...

[inviteba0a4d6e]

Allo ?

[GillesH38a]

Euh...ben globalement dans certains cas si,c'est la définition d'une loi de conservation locale avec un tenseur impulsion énergie sous forme covariante qui n'est généralement pas possible ou sans ambiguités non ?

Justement du fait que c'est une conservation "covariante", ce n'est pas une vraie conservation. Il n'y a pas de quantité qui, intégrée sur un 3-volume d'espace, reste constante au cours du temps dans le cas général. C'est uniquement dans le cas d'une métrique tendant asymptotiquement vers une métrique Lorentzienne (cas de la matière occupant une région finie de l'espace) que la quantité est constante au cours du temps.

[mtheory]

Justement du fait que c'est une conservation "covariante", ce n'est pas une vraie conservation. Il n'y a pas de quantité qui, intégrée sur un 3-volume d'espace, reste constante au cours du temps dans le cas général. C'est uniquement dans le cas d'une métrique tendant asymptotiquement vers une métrique Lorentzienne (cas de la matière occupant une région finie de l'espace) que la quantité est constante au cours du temps.

Bonsoir,
Je crois que nous sommes d'accord sur le fond,c'est essentiellement l'expression à un moment donné "on ne peut pas définir une énergie totale qui se conserve globalement!" qui m'a fait réagir.
On ne peut pas définir une loi de conservation d'énergie locale covariante ,nous sommes bien d'accord mais pour ce qui est de loi de conservation globale,et modulo quelques précisions (comme faire trés attention pour la cosmologie) il me semble que oui.
Mais encore une fois ma réaction n'était que sur une phrase précise,pour le reste (importance du régime asymptotique) entiérement d'accord.

[GillesH38a]

On ne peut pas définir une loi de conservation d'énergie locale covariante ,nous sommes bien d'accord mais pour ce qui est de loi de conservation globale,et modulo quelques précisions (comme faire trés attention pour la cosmologie) il me semble que oui.

Ben dans la mesure où on ne peut pas définir une "énergie totale" (matière+champs+gravitation), même par unité de covolume, dans une métrique générale, il paraît difficile de donner un sens à la phrase "l'énergie totale de l'Univers se conserve", non?

[Gilgamesh]

Je réintère mon interrogation : si on recontracte, est ce qu'on ne se retrouve pas dans le même état qu'au départ ? Et dans ce cas, n'est ce pas une une forme de symétrie à prendre en compte ?

a+