Réflexion sur les notions d'espace.

[pascelus]

En quoi les redshift plaident pour une "expansion" de la dimension temps ?

Espace et temps suivent le meme effet. Malgré les excellentes explications de Gilgamesh je ne serais pas aussi limpide que lui: http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5218206

Prendre les "plus court chemins" (= géodésiques) de type temps amène à voir une expansion du reste (le coté espace/lieu). Le temps et l'espace étant relatif, dans une géodésique de type "longueur", c'est encore le reste qui est en expansion (temps compris). Par exemple quand un corps en déplacement approche la vitesse c, son temps propre diminue et vu d'un référentiel extérieur, ce corps semblerait se "contracter"/"déformer" dans le sens de la géodésique spatiale suivi par ce corps.

L'expansion serait donc un effet relatif? Cela colle t'il vraiment avec les interprétations du CMB comme un "signal fossile" de l'univers 380000 ans après son "début"? Pourquoi le voit-on aujourd'hui aussi homogène si cette expansion n'est que le résultat de notre "projection" arbitraire?

Concernant les mesures d'expansion de l'espace et la dilatation du temps, cela résulte du fait que l'observateur fait ces mesures dans son référentiel local et qu'il faut donc considérer les coordonnées locales de cet observateur pour comprendre ces résultats prédits par les calculs dans les coordonnées globales

Il va me falloir du "temps" pour assimiler cela, mais merci pour ces informations!

Je présume que l'accélération de l'expansion ou l'inflation ont d'autres causes que cet effet de mesures dans un référentiel local?
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[rik 2]

Bonjour Nico! tu as écrit

Pour le temps et la masse :
impropre intrinsèque

Ce n'est pas très différent de ce que tu as écrit ici, sauf que propre devient intrinsèque. Cela dit, sans vouloir perturber cette discussion, je ne sais toujours pas quels sont les "vrais" temps (durées?) du corps observé et de l'observateur.

[invite06459106]

Merci d'ouvrir un fil dans le cas ou tu ne veux vraiment pas perturber celui-ci, étant donné que la réponse t'as déjà été donnée au minimum juste une centaine de fois...une réponse d'un co-listier amènerait forcément une dérive.
cordialement,

[leopold 11]

Bonjour

La relativité peut-elle infirmer que le vide de l'espace n'était pas pré existant au BB ?

[rik 2]

la réponse [t'a] déjà été donnée au minimum juste une centaine de fois

Ah ouais, t''as raison! le temps propre pour le corps et le temps "impropre" pour l'observateur. Ma question restée sans réponse est en fait "pourquoi ce choix?"

[Amanuensis]

Espace et temps suivent le meme effet.

C'est fort ambigu de dire cela. Et cela ne résume pas correctement ce qui est écrit par Gilgamesh et garion dans le fil indiqué.

Il faut distinguer deux choses.

Une première est ce qu'on voit. Le redshift est une diminution de l'énergie perçue, une diminution de la fréquence et une augmentation de la longueur d'onde. Il y a donc bien là un effet aussi bien sur les durées et sur les longueurs, et dans le même sens.

Si on voyait(avec des photons redshiftés donc), on verrait un "film" cohérent, les longueurs plus grandes et les durées plus grandes, tout "grossi" de la même manière, reflétant le principe que les lois physiques sont partout les mêmes.

Les phénomènes seraient vus plus lents et "plus grands" (par exemple le CMB remplit la sphère céleste tout en étant plus "loin" que tout ce qu'on voit d'autre, et la région d'émission ainsi vue est vue énorme, bien plus grande qu'elle n'était), c'est une sorte d'effet de loupe, aussi bien temporelle que spatiale.

L'autre est la notion d'Univers en expansion, qui est autre chose. La modélisation, en se restreignant pour simplifier au cas de l'espace plat, est celle d'un espace-temps admettant un système de coordonnées (référentiel dans le texte d'Ordage) tel que 1) les lignes à x, y, z constant sont des géodésiques, 2) la métrique est diagonale et s'exprime comme c²dt² - a²(t) (dx² + dy² + dz²). Cette expression montre en toute évidence un traitement différent des durées et des longueurs. Le terme a(t) exprime une expansion métrique de l'espace relativement aux durées, ce n'est pas a²(t) (c²dt²-dx²-dy²-dz²).

L'effet est celui décrit dans le message d'Ordage: une divergence (une augmentation des distances) entre lignes d'univers chacune à (x, y, z) constant pour chaque ligne lorsque t augmente. En effet, la distance propre entre des points isochrones est affectée du facteur d'échelle a(t), qui augmente quand t augmente. C'est cette divergence en distance qui amène l'expression "Univers en expansion", et cela concerne seulement l'espace.

C'est expliqué, en d'autres termes, dans l'ancien fil mentionné, faut le lire en entier.

[pascelus]

C'est fort ambigu de dire cela. Et cela ne résume pas correctement ce qui est écrit par Gilgamesh et garion dans le fil indiqué....

...L'effet est celui décrit dans le message d'Ordage: une divergence (une augmentation des distances) entre lignes d'univers chacune à (x, y, z) constant pour chaque ligne lorsque t augmente. En effet, la distance propre entre des points isochrones est affectée du facteur d'échelle a(t), qui augmente quand t augmente. C'est cette divergence en distance qui amène l'expression "Univers en expansion", et cela concerne seulement l'espace.

Aie aie aie! Je ne comprends vraiment plus là...

dans l'autre fil que j'avais cité (ici) ma question était simple et la réponse de Gilgamesh tout autant:

...Sait-on si le taux d'expansion du temps suit exactement celui de l'espace? ...

Oui, en suivant cette formule très simple rappelée plus haut

1+z = a₀/a

avec z le redshift
a₀ le facteur d'échelle à la réception
a le facteur d'échelle à l'émission

[Amanuensis]

Gilgamesh répondait là par le premier aspect.

En allant plus loin dans la discussion, il y a d'autres réponses essayant de lutter contre la mauvaise interprétation d'une expansion du temps au même sens qu'une expansion de l'espace.

Genre (à lire dans le contexte):

"Non, attention ça ne change rien aux temps propres," (Gilg.)

"Il ne faut pas focaliser sur cette dilatation du temps. Le temps qui s'est écoulé est celui qu'indiquerai une horloge présente depuis le début et qu'on observerait aujourd'hui, c'est ce temps là, le temps qui compte. Le reste, c'est "relatif"" (Garion)

"Invariablement "6x10^-22 s" : on part de l'hypothèse forte que les lois de la physique (ici le Modèle standard des particules) restent inchangées." (Gilg.)

[pascelus]

...
Genre (à lire dans le contexte):
...

D'accord...

Mais alors comment peut-on, par l'observation, attester d'une "réelle" (et pas relative) expansion de l'univers puisque celle-ci est essentiellement mesurée à partir du Redshift des SN IA?

[papy-alain]

Peut on revenir au sujet ?

Bonjour

La relativité peut-elle infirmer que le vide de l'espace n'était pas pré existant au BB ?

[leopold 11]

Même si elle est rationnelle et rattachée au conformisme actuel de l'espace ... je retire ma question .

[feedblack]

J’ai visionné une vidéo de E.Klein qu’évoque Papy-alain.
Il dit que, quelle que soit la théorie utilisée pour franchir le mur de Planck, pour unifier gravitation et physique quantique, elle doit supprimer nécessairement la singularité initiale.
Pourrais-je avoir une définition de singularité svp ? Parle t-il de singularité mathématique, physiquement impossible ? Une singularité de type big bang est-elle tenable en physique ? La relativité générale doit-elle être améliorée ? CDT

[Amanuensis]

Mais alors comment peut-on, par l'observation, attester d'une "réelle" (et pas relative) expansion de l'univers puisque celle-ci est essentiellement mesurée à partir du Redshift des SN IA?

Bonne question. L'effet de redshift est une conséquence de la métrique (qui décrit une expansion de l'espace comobile le long du temps comobile) sur ce qui est vu et mesuré par un observateur.

(C'est ce (je pense que c'est ce) que cherche à exprimer Ordage dans "du fait que l'observateur fait ces mesures dans son référentiel local et qu'il faut donc considérer les coordonnées locales de cet observateur pour comprendre ces résultats prédits par les calculs dans les coordonnées globales" )

Le côté "réel" ici doit être vu comme le modèle d'espace-temps (métrique indiquant une expansion relative de l'espace--le relatif étant lié au temps) ; ce modèle implique (par les mathématiques) que ce qui est vu/mesuré est affecté d'un redshift, et l'observation du redshift conforte le modèle. Il n'y a pas de contradiction car un observateur observe toujours quelque chose qui est dans son passé, et donc l'aspect relatif lié au temps joue nécessairement.

[Amanuensis]

Il dit que, quelle que soit la théorie utilisée pour franchir le mur de Planck, pour unifier gravitation et physique quantique

Il y a consensus sur ce point.

, elle doit supprimer nécessairement la singularité initiale.

Position métaphysique.

Pourrais-je avoir une définition de singularité svp ? Parle t-il de singularité mathématique

Oui. Un modèle comme celui d'un Univers (= espace-temps) avec expansion de l'espace est un "objet mathématique", dont les propriétés s'explorent via les mathématiques. On parle de singularité pour une "zone" présentant une forme de discontinuité (en gros). Par exemple un cône présente une singularité en son sommet (courbure infinie), ou un demi-cylindre présente une singularité là où il est "coupé".

Pour un espace-temps avec expansion métrique de l'espace, le passé le plus ancien présente une singularité, un peu comme celle d'un cylindre coupé.

, physiquement impossible ? Une singularité de type big bang est-elle tenable en physique ?

Là encore, question métaphysique. Disons "physiquement pas satisfaisante". Ce qui est clair est que la singularité en question est une extrapolation du modèle dans un régime auquel aucune expérience n'est possible, et que le modèle en question ne prend pas en compte la physique quantique.

La relativité générale doit-elle être améliorée ?

Elle doit être remplacée par autre chose telle que la RG en soit une approximation opérationnellement acceptable "aux basses énergies" (et ce qu'il se passe dans le passé le plus lointain des modèles avec expansion: ce n'est pas "aux basses énergies", au contraire le modèle en lui-même implique un lointain passé très chaud et très dense, i.e., prédit un régime où sa validité n'est pas garantie par l'expérience et l'observation).

Les physiciens fondamentalistes actuels cherchent une telle théorie de remplacement, qui serait compatible avec la Physique Quantique aux hautes énergies, et qui se ramènerait à la RG aux basses énergies. C'est le but des études sur la théorie des cordes, ou la LQG, et encore d'autres approches.

[Amanuensis]

[Ajout après relecture et réflexion:]

Les physiciens fondamentalistes actuels cherchent une telle théorie de remplacement, qui serait compatible avec la Physique Quantique aux hautes énergies, et qui se ramènerait à la RG aux basses énergies. C'est le but des études sur la théorie des cordes, ou la LQG, et encore d'autres approches.

La plupart des théories étudiées permettent des modèles ne présentant pas la singularité dont il est question, mais ces théories sont spéculatives, et la suppression de la singularité reste spéculative.

[papy-alain]

la suppression de la singularité reste spéculative.

Son existence n'est elle pas encore plus spéculative ?

[Amanuensis]

Son existence n'est elle pas encore plus spéculative ?

Cela dépend de quoi on parle. Dans le modèle la singularité est bien là, de même que dans les modèles de trou noir. Rien de spéculatif si on raisonne au sein du modèle.

Mais la théorie (RG) et le modèle (expansion) peuvent être vus comme spéculatifs, comme n'importe quel modèle ou théorie. Ils sont néanmoins "valides" au sens où être utilisés, et donc corroborés dans les domaines d'application.

Les théories genre théories des cordes sont disons un peu plus spéculatives, parce que non corroborées.

Quand j'écris "supprimée" c'est au sens présence actuelle, par extrapolation, dans des modèles valides dans un certain domaine vs. non présence dans des modèles futurs remplaçant la RG.

Si on s'intéresse non pas aux modèles connus, mais à ce qu'on estime devoir trouver dans une théorie et un modèle satisfaisant dans le futur (une approche spéculative en elle-même!), la présence ou non de singularités est spéculative, même s'il y a une préférence (critères subjectifs) pour une absence.

Et la notion de "plus" spéculatif, de mesure de "spéculativité" m'échappe un peu. Juste une manière d'exprimer une préférence subjective?

[papy-alain]

Et la notion de "plus" spéculatif, de mesure de "spéculativité" m'échappe un peu. Juste une manière d'exprimer une préférence subjective?

Pas spécialement. Juste une difficulté à considérer qu'un résultat infini dans une équation puisse représenter un objet physique réel. Après, on peut se demander comment définir la réalité physique d'un phénomène.

[invite06459106]

Pas spécialement. Juste une difficulté à considérer qu'un résultat infini dans une équation puisse représenter un objet physique réel.

C'est de l'interprétation ça.

La singularité représente l'arrêt du domaine de compétence, de validité d'une théorie, rien de plus.

Cordialement,

[Amanuensis]

Pas spécialement. Juste une difficulté à considérer qu'un résultat infini dans une équation puisse représenter un objet physique réel.

Pourtant les équations en sont plein. Un truc non nul qui "tend vers 0" (genre dx) est essentiellement la même chose qu'un infini. Et on voit rarement l'expression d'une difficulté à ce que dx "représente un objet physique réel". Pourtant...

La notion d'infini est importante dans les modèles mathématiques en physique, tellement commode qu'on ne voit pas comment s'en passer.

Perso, je ne mets pas la ligne de difficulté entre fini et infini, mais entre mathématiques et physique.

[papy-alain]

Pourtant les équations en sont plein. Un truc non nul qui "tend vers 0" (genre dx) est essentiellement la même chose qu'un infini. Et on voit rarement l'expression d'une difficulté à ce que dx "représente un objet physique réel". Pourtant...

La notion d'infini est importante dans les modèles mathématiques en physique, tellement commode qu'on ne voit pas comment s'en passer.

Perso, je ne mets pas la ligne de difficulté entre fini et infini, mais entre mathématiques et physique.

Comment peut on considérer qu'une énergie quelconque puisse être contenue au sein d'un espace ponctuel, de dimension strictement nulle ? La notion même de singularité n'est elle pas l'expression d'une incompatibilité entre le résultat d'une équation et ce qu'elle est censée représenter physiquement ?

[pascelus]

Comment peut on considérer qu'une énergie quelconque puisse être contenue au sein d'un espace ponctuel, de dimension strictement nulle ? La notion même de singularité n'est elle pas l'expression d'une incompatibilité entre le résultat d'une équation et ce qu'elle est censée représenter physiquement ?

Oui c'est je pense ce que veut dire Amanuensis en soulevant la difficulté entre mathématiques et physique. La singularité existe dans les équations mais très probablement pas dans la réalité. Le domaine de validité des modèles est dépassé. Ou autrement dit les modèles sont incomplets, ce qui n'empêche pas leur totale validité dans des bornes bien définies (car observables).

[Amanuensis]

Comment peut on considérer qu'une énergie quelconque puisse être contenue au sein d'un espace ponctuel, de dimension strictement nulle ?

Si on fait la liste des affirmations prises dans les théories actuelles qui amèneraient la question incrédule "Comment considérer..." par un physicien de 1830 si on lui présentait, cela ferait des pages et des pages.

Si on arrive un jour à le considérer, je suis incapable de dire comment cela sera fait. Mais cela ne me suffit pas à rejeter la possibilité.

La notion même de singularité n'est elle pas l'expression d'une incompatibilité entre le résultat d'une équation et ce qu'elle est censée représenter physiquement ?

En poussant un peu plus loin, il est peut-être difficile d'imaginer un modèle sans singularité en fait. L'univers est singulier.

Une "théorie finale" sans singularité paraît aussi étrange qu'une avec.

S'il fallait choisir entre un espace-temps avec une singularité originelle et un futur infini d'une part, et un espace-temps bien lisse, sans singularité et sans infini et avec (nécessairement) des boucles causales, de l'autre, on choisit quoi?

[Amanuensis]

Oui c'est je pense ce que veut dire Amanuensis en soulevant la difficulté entre mathématiques et physique. La singularité existe dans les équations mais très probablement pas dans la réalité. Le domaine de validité des modèles est dépassé. Ou autrement dit les modèles sont incomplets, ce qui n'empêche pas leur totale validité dans des bornes bien définies (car observables).

Oui, ça aussi. Mais l'expression "très probablement" est importante.

[papy-alain]

Je me demande si, à force de parler de singularité depuis des dizaines d'années, on n'en arrive pas à galvauder la signification de ce mot. Je rejoins l'avis de pascelus sur la signification intrinsèque de ce terme en physique, à savoir qu'il marque la fin du domaine de validité d'une théorie.

[Amanuensis]

En pratique la fin du domaine de validité arrive bien avant la singularité mathématique! (Et il n'y a pas de frontière parfaitement définie, la "validité" chute graduellement, si on peut dire.)

(Ceci est valable aussi pour les "infiniment petits" d'ailleurs...)

(Et cela me fait penser à d'autres exemples: dans la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, une charge ponctuelle est une singularité. Et le modèle courant de l'électron peut être vu aussi comme incluant une singularité. Une interaction entre trois particules dans un diagramme de Feynman est une singularité.

En cherchant bien, on va en trouver partout )

[papy-alain]

En pratique la fin du domaine de validité arrive bien avant la singularité mathématique! (Et il n'y a pas de frontière parfaitement définie, la "validité" chute graduellement, si on peut dire.)

(Ceci est valable aussi pour les "infiniment petits" d'ailleurs...)

(Et cela me fait penser à d'autres exemples: dans la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, une charge ponctuelle est une singularité. Et le modèle courant de l'électron peut être vu aussi comme incluant une singularité.)

C'est aussi mon avis. Dans le cas du bigbang, le modèle est conforté par les observations à partir de 380.000 ans, quand l'univers est devenu transparent. Tout ce qui précède est dés lors spéculatif, mais pourrait être néanmoins validé par l'observation éventuelle des neutrinos primordiaux, ce qui, techniquement, est envisageable. On pourrait même y trouver la trace de l'inflation cosmique. Plus loin, ça paraît impossible.

[pascelus]

... Plus loin, ça paraît impossible.

Qui sait?

Ce genre d'avancées par exemple (http://forums.futura-sciences.com/co...ml#post5399211) laisse des espoirs que la recherche fondamentale puisse encore progresser... et repousser encore les nombreuses singularités dans des modèles plus précis...

[invite06459106]

Je rejoins l'avis de pascelus sur la signification intrinsèque de ce terme en physique, à savoir qu'il marque la fin du domaine de validité d'une théorie.

Bah et moi...l'avais dit aussi.

le modèle est conforté par les observations à partir de 380.000 ans

Heu...non, voir la nucléosynthèse primordiale par exemple.


Pour la notion de singularité, elle m'est très très loin d'être "triviale"*... ce qu'il me semble c'est qu'il n'est pas incorrect de dire que "dès le début", l'univers avait une certaine étendue, du coup, une singularité n'est pas nécessairement un point...alors j'ai du mal avec une singularité de dimension 0, j'ai l'impression que c'est essayer de faire dire aux maths plus que "nécessaire", en oubliant le sens physique...bon c'est une impression basée sur des incompréhension donc...
cordialement,
Edit:* en fait, c'est même extrèmement complexe, la notion "commune" de singularité n'a peut-être que peu de chose à voir avec la notion (et son traitement) de la RG ...me trompe-je?

[Amanuensis]

la notion "commune" de singularité n'a peut-être que peu de chose à voir avec

Ce serait quoi la notion "commune" de singularité?