Bonjour,
Depuis "Poussières d'étoiles" de Hubert Reeves, que savons-nous de nouveau, y-a t'il eu des découvertes importantes en astro-physique ou en cosmologie ?
A propos, quelle différence doit-on faire entre ces deux termes ?
Merci d'avance, à bientôt.
De quand date l'édition que tu as lu ? Il me semble que c'est remis à jour à chaque réedition.Envoyé par morrow
a+
Parcours Etranges
Bonjour,
Désolé, Gilgamesh, je voulais parler de "Patience dans l'azur" de 1981.
Mes questions restent évidemment les mêmes.
Merci d'avance, au revoir.
Point par point je ne saurais dire évidemment. Mais le schéma général reste correct dans mon vieux souvenir, notamment en astrophysique stellaire et physique des particules. En cosmologie il y a eu depuis le paradigme de l'inflation (fin 70's début 80's) et la mesure de l'accélération de l'expansion (90's).
a+
Parcours Etranges
Bonjour,
OK Gilgamesh, bien reçu.
Pour ce paradigme de l'inflation (de Paul Guthe, je crois) où pourrais-je trouver une approche qui soit à ma portée (bac 1964) ?
J'ai parcouru un peu internet mais on y lit de tout : facteur 50, facteur 100 000 ...
Merci, a+.
Facteur 50 ou 100 000 ce serait vraiment peu de chose. On parle plutôt de facteur 1050
Je reposte...
On part d'un volume de vide infinitessimal. Pas du néant, donc.
Car il y a 3 notions distinctes qu'il ne faut pas confondre :
- le vide, qui n'est pas absolu dans le sens de "pas absolument vide", même fondamentalement,
- l'espace, que l'on pourrait supposer coincider avec un "vide absolu" (un vide plus vide que le vide réel) mais qui possiblement possèderait une topologie complexe (dimensions repliées...) à l'origine de la fécondité du vide,
- le néant qui représente l'absence d'espace, de temps et plus généralement de tout ce qui pourrait représenter quoique ce soit d'intelligible. Le néant est une notion métaphysique, et non physique, c'est çà dire qu'il réside dans sa simple définition : c'est n'est rien. On ne doit en droit le faire correspondre avec rien d'existant, par définition.
Les deux premières notions, représentent par contre quelque chose de physique, et elles font l'objet de spéculations de haut niveau, car elle sont testables.
On part donc du vide, mais un vide un peu spécial. Dans la théorie de l'inflation, on imagine un champ pour lequel quand le champ est nulle, l'énergie n'est pas minimale. Ce qui fait que le champ évolue spontanément pour acquérir une certaine valeur et que le vide en état de transition induit une pression négative, concept bizarre mais rigoureux. Cela se traduit physiquement par l'équivalent d'une constante cosmologique qui, dans les équation de la Relativité Générale, provoque l'expansion de l'espace.
Cette expansion de l'espace, crée du vide, ce qui amplifie encore l'expension, qui devient exponentielle.
Je reposte :
La théorie de l'inflation, en cinq étapes.
Phase 1 (faux vide) : soit dans un espace vide ; pas le nôtre, celui d'un univers déjà formé et en expansion, un champs quantique de valeur nulle, appelé "inflaton" pour la cause. L'inflaton, c'est comme un photon, un boson de Higgs, ce genre de truc, mais plus massif et il s'agit d'un boson dit scalaire, c'est à dire que son spin est nul, à l'instar du boson de Higgs.
Comme pour tout champs quantique, quand la valeur du champs est nulle il n'y a pas de particule. Pour la plupart des champs connu, cet état est aussi l'état d'énergie minimale.
Mais pas pour l'inflaton. Le champs d'inflaton est en état de "faux vide" quand il est nul, c'est à dire qu'il n'est pas à son énergie minimale. Si V est l'énergie potentielle de ce champs et Phi la valeur du champs, V(Phi) > 0 quand Phi = 0 (cad quand les parties réelle Re(Phi) et imaginaire Im(Phi) sont toutes deux nulles).
Phase 2 (transition vers le vrai vide) dite 'slow roll' : tant que la valeur de l'inflaton est nulle, la symétrie est respectée et aucun phénomène ne se produit (ni inflation, ni expansion) mais cet équilibre est précaire comme un crayon posé sur sa pointe. Le mécanisme qui provoque la descente vers l’état de vide ordinaire est déterminé par des fluctuations d'origine quantique (analogue à l'effet tunnel). Dès que le champs de l'inflaton s'écarte de sa valeur nulle ("faux vide"), l'histoire commence. Autrement dit, l'univers 'sort' par effet tunnel de l'univers précédent directement au stade où cela provoque la brève inflation.
Celle ci amène le champs scalaire jusqu'à son état d'énergie minimale, de "vrai" vide (le notre, en bas de la colline sur le schéma), dans lequel l’état de symétrie initiale (où Phi=0) est brisé : le champs à du "choisir" une valeur dans la vallée, ce qui entraine plein de conséquences sur la physique fondamentale de la zone où règne le champs à sa nouvelle valeur.
La densité d'énergie de ce faux vide implique une pression négative représenté en relativité générale par une force de répulsion. L'équation d'état, c'est à dire ce qui relie la pression p à la densité d'énergie rho du champs est du type p = -rho. C'est à dire que contrairement à la matière, une densité d'énergie positive engendre une pression négative. Une canette de coca remplit de ce genre de 'matière' cruncherait sur elle même dans le vide. De façon assez contre intuitive, l'effet de ce champs de pression sur l'espace agit à la manière d'une constante cosmologique, c'est à dire un genre de gravitation répulsive.
Comme il s'agit d'un état du vide, c'est à dire de ce qui remplit l'espace, plus l'univers se dilate, plus il se crée d'espace, donc de faux vide : la densité d'énergie est constante. Dans ces conditions, la croissance du facteur d'échelle a en fonction du temps t (facteur d'échelle a c'est à dire n'importe quelle distance mesurée dans cet espace entre deux points au repos, sans mouvement propre) est proportionnelle au facteur d'échelle lui même, ce qui nous donne quelque chose comme a(t) = exp(at), ce qui engendre une croissance foudroyante du facteur d'échelle. C'est à ce stade que l'on peut parler d'emprunt "sans remboursement" à la gravité, via l'expansion de l'espace.
Le facteur d'échelle correspondant à l'univers observable (la portion d'univers née de cette inflation et que nous pouvons explorer du regard) passe disons de la taille de Planck à 1 m en ~ 1e-34 s
La taux d'expansion est tel que tout le contenu de l'univers, particules préexistante dans la phase préinflationnaire ou créés au court de l'inflation se trouve considérablement diluée. L'univers est vide et froid, dominé par la densité constante de l'inflaton.
Phase 3 (préchauffage) : au bout d'un moment l'inflaton quitte son état métastable pour retrouver une valeur moyenne nulle dans le vide. Il arrivé en bas, à son potentiel minimum, et la transition de phase vers l'état d'énergie nulle induit que la densité d'énergie qui était la sienne est transféré aux autres champs : il se désintègre en photons.
Phase 4 (réchauffage) : la densité d'énergie est telle (~1e90 kg/m3) que les photons créés ont une énergie suffisante pour créer tout le bestiaire du modèle standard et au delà. Ces particules nouvellement crées se mettent à l'équilibre thermique. L'univers est chaud désormais.
Phase 5 (expansion) 'Big Bang' proprement dit : on entre alors dans le régime d'expansion classique, avec un plasma à l'équilibre thermique à 1e27 K qui se refroidit sous l'effet de l'expansion et par transitions de phase successives produit l'univers tel qu'on l'observe à l'issue de la phase radiative où on entre dans le domaine de l'observation directe, celui du fond radio cosmologique (CMB).
Le résultat de tout cela, c'est que le facteur d'échelle correspondant à l'univers observable (la portion d'univers née de cette inflation et que nous pouvons explorer du regard) passe disons de la taille de Planck à 1 m en ~ 1e-34 s.
La longueur de Planck c'est ~ 1e-35m
En gros pour l'inflation faut décaler les chiffres : l'univers est extraordinairement plus petit qu'une bille au début de l'ère inflationnaire, qui dure un temps extraordinairement bref pour aboutir à un univers disons métrique. C'est la courbe exponentielle ci dessous
Ensuite, la croissance du facteur d'échelle (i.e. de la taille de l'Univers) est celle calculée par la Relativité Générale (Standard Theory) et ça correspond à la droite inclinée. Et au départ, c'est extêmement rapide (mais incroyablement moins que l'ère inflationnaire) et en 1 s on passe de la taille métrique à celle du systeme solaire (10e12 m disons).
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