La théorie du multivers envisage des univers voisins comme des bulles dans une mousse de savon. Certains seraient en expansion (leur "bulle" gonflerait) et d'autres en contraction (leur "bulle" rétrécirait). En aucun cas il ne peut y avoir des zones en expansion et en contraction dans le même univers. Dans ce cas, chaque univers aurait son propre big-bang (à confirmer par nos colistiers plus calés).Envoyé par pascelus
Non, car ce qu'on appelle l'expansion n'est pas une dilution de la matière dans un vaste espace préexistent, mais quelque chose de nettement plus étrange, et de fondamental : une création d'espace. C'est une expansion de l'espace, pas dans l'espace.
Réfléchie qu'au départ de l'expansion, l'univers est homogène, il n'y avait pas de grandes régions vides comme aujourd'hui le milieu interamas. Or l'expansion était beaucoup plus vigoureuse alors.
L'expansion de la matière dans le vide provient de sa pression interne p, proportionnel à sa densité n et sa température T : p ~ nT. Cette pression "lutte" contre une autre force, la gravité, qui tend à rassembler les masse. Pour une région homogène de densité n et de température T, il existe une masse critique dite masse de Jeans MJ au delà de laquelle la région se contracte.
MJ ~ 45 Mo T3/2 n-1/2
avec Mo : masse solaire
T en K
n densité de protons en cm-3
Donc pour le dire en raccourcis : le vide "attire" la masse, tant qu'elle est inférieur à la masse de Jeans. Au delà, c'est la gravité qui l'emporte.
Dernière modification par Gilgamesh ; 05/01/2015 à 15h22.
Parcours Etranges
Un espace infini est forcément sans bord, puisque quelque soit "le volume quel qu'il soit" qu'on considère l'espace s'étend au delà. L'hypothèse consistant à tendre un bras à l'extérieur d'un volume quelconque pour en conclure qu'il y a toujours de l'espace au delà, et donc que l'espace ne peut être qu'infini est une réflexion classique, déjà tenu dans l'antiquité. Elle a été radicalement renouvelée à la fin du XIXe siècles par la topologie et la géométrie différentielle.
Laissons la solution infinie de côté : il parait assez douteux que "infini" soit une réponse scientifiquement valide à une quelconque question, sauf quand on considère la modélisation mathématique de la réalité, où l'infini est une solution très pratique et commun.
Tu as deux types de solutions mathématiques permettant de construire des espace finis et sans bord.
* les variétés simplement connexes de courbure positive
* les variétés multiplement connexes
Une variété c'est un espace au sens large : 1D (une ligne), 2D (surface), 3D (volume)...
Simplement connexe cela signifie qu'aucun point de la variété n'est identifié avec un autre
Multiplement connexe cela signifie que chaque point peut être identifié avec un autre au sein d'un motif élémentaire.
Exemple pour une variété 2D :
une variété 2D simplement connexe de courbure nulle c'est le plan euclidien infini.
une variété 2D simplement connexe de courbure positive c'est une sphère. Elle est bien finie (sa surface n'est pas infinie) mais sans bord.
une variété 2D multiplement connexe de courbure nulle c'est par exemple la surface de jeu de pac man. Tu la construits avec une surface rectangulaire finie dont tu identifies deux à deux les bords : le pac man qui sort à gauche rerentre à droite. S'il sort par le haut il revient par le dessous. La surface de jeu est finie, mais sans bord. Il existe des variété multiplement connexe de courbure nulle (comme le jeu de pac man), positive et négative.
Quand on passe aux variété 3D, nous n'arrivons à nous représenter mentalement que l'équivalent du plan euclidien cad l'espace 3D euclidien infini. Mais l'équivalent de la sphère 3D (l'hypersphère) ou du "jeu de pacman multiplement connexe 3D" (l'hypertore) sont tout autant concevables. Il y a plein d'autres façon de construire des espaces multiconnexes. Et pour passer des maths à la physique (et ici à la cosmologie) il faudrait connaitre la taille de la maille élémentaire (l'équivalent de l'aire de la surface de jeu, son volume en 3D).
Actuellement, on mesure que la courbure est très faible, donc que l'espace est quasiment euclidien. Mais sans pouvoir dire si in fine cette courbure est positive, nulle ou négative. Une courbure strictement nulle ce serait vraiment curieux (infiniment improbable en un sens) mais bref, les 3 possibilité restes ouvertes.
Et au plan de la connexité on sait que si l'espace est multiplement connexe, la maille élémentaire est commensurable avec celle de l'Univers visible.
La courbure faible + la théorie de l'inflation suggèrent que l'Univers observable est la sous-partie assimilable à un espace euclidien simple, de courbure négligeable d'un espace plus vaste, pas infini mais vraiment très très grand.
Mais bon, ce qui est sur c'est que la question est ouverte.
En gros oui : si on observait ces régions de l'univers aujourd'hui, on trouverait que les points les plus froid du CMB sont le lieu préférentiels de formation des amas.Cela signifie t'il que les galaxies, amas et super-amas sont localisés sur les points les plus froids de ce fond émissif?
Il y a eu une mesure de la température de l'univers sur des nuages situé à des distances cosmologiques par mesure de l'émission de la molécule CO, qui est le "thermomètre" usuel des nuages d'hydrogènes moléculaires, la molécule H2 étant trop peu émissive par elle même. On a mesuré une température de ~20 K (plus froide que le CMB qui a émis à ~3000 K, et plus chaude qu'aujourd'hui où on est à 2,7 K), en accord avec les modèles.Ce reliquat de la "fièvre initiale" est-il encore en train de chuter, et cela se mesure t'il?
L'inflation (la "super expansion") a cessée, et c'est bien l'expansion qui cause le refroidissement, par action sur le rayonnement.L'inflation et l'expansion sont-elles seules en cause de ce refroidissement?
Oui il y avait un coquille.Il manque "pas" ou il y a un adverbe en excès. Les structures de galaxies se forment je présume autour de la matière noire qu'on localise par les faiblesses du CMB ? Est-ce que la possibilité que le champ gravitationnel (Higgs) ne soit pas homogène à grande échelle a été écartée?
La présence de matière noire est déduite de l'observation via des modèles, en mesurant la hauteur des pics accoustiques sur le fond diffus.
Il y a une page très complète et didactiques qui l'explique bien ici :
Le fond diffus cosmologique (CMB)
C'est observé dès qu'on s'intéresse aux phénomènes à l'échelle atomique et ça constitue un des fondements de la mécaniques quantiques.A t'on déjà observé des fluctuations quantiques ou cela reste du domaine théorique. Si oui savez-vous comment et pourquoi se produisent-elles?
Si ΔE est l'écart type de la mesure de l'énergie d'un phénomène et Δt l'écart type de la durée de ce phénomène, le principe d'incertitude (ou d'indétermination) d'Heisinberg nous dit que :
ΔE.Δt>=hbar/2
où hbar est la cte de Planck réduite (h/2pi)
Concrètement, cela implique que si je mesure l'énergie d'une particule ou un niveau d'énergie de l'atome dont l'existence est très courte, cette énergie va s'étaler sur une certaine amplitude, bien qu'il s'agisse strictement de la même particule ou du même état. Par exemple la masse du boson d'interaction faible Z° aura une certaine largeur irréductible du fait de sa durée de vie très courte. Il mesure 91.1876±0.0021 GeV et cette largeur de environ 4 MeV ne saurait être réduite par des mesures plus précis, sa masse est intrinsèquement "floue" et ce flou est un exemple de fluctuation quantique.
De même si Δx est l'écart type sur la position d'un phénomène et Δp l'écart type de l'impulsion (quantité de mouvement), ce même principe d'incertitude nous dit que :
Δx.Δp>=hbar/2
Ce principe a été déduit de la description fondamentale de la mécanique quantique sous une forme ondulatoire.
Cela peut se concevoir théoriquement, mais un différentiel dans le taux d'expansion se lirait directement sur le fond diffus cosmologique.Un taux d'expansion très bas ou meme négatif? Dans cette hypothèse il existerait donc des régions de l'univers en expansion et d'autres en contraction... Mais par malchance (ou degré d'échelle), notre univers observable ne serait pas "à cheval" sur deux régions de "rythme" différent, ce qui est possible. Qu'en serait-il alors des zones "frontalières"? En tout état de cause inclure les "big-bang" dans un système plus large est très séduisant...
Dernière modification par Gilgamesh ; 05/01/2015 à 17h41.
Parcours Etranges
Tout d'abord merci pour ces réponses très bien documentées et fort enrichissantes!
Merci encore plus pour votre patience et la pédagogie dont vous faites preuve, ce qui est encore bien plus rare parmi "l'univers quasi infini des "sachants" prétentieux et sourds à tout ce qui peut ébranler leur suprématie, ou qui la fondent sur l'ignorance des autres"...
Je conçois aussi que l'hypothèse d'un univers mathématiquement infini soit peu crédible, de même que celle d'un univers vraiment euclidien dans son intégralité.
Mais pourquoi n'imaginer au dela de ces hypothèses écartées, que des univers finis et sans bords? Un univers fini mais avec bords en éternel "recul" (expansion) serait-il vraiment impossible? Surtout dans l'idée que ses confins ne soient plus que du vide quantique, la matière baryonique elle restant cantonné dans une partie, certes bien plus vaste que notre partie observable, mais limitée. Dans l'idée aussi que ce "recul" se produise à une vitesse luminique...
En l'état il est vrai que la discussion sur cette question rejoint peut-etre plus la philosophie que la science, mais il y a là un défi passionnant à relever pour répondre solidement à cette énigme.
Le lien constaté entre cette présence originelle de matière noire et les régions de l'univers dense de galaxies est-il exclusivement du domaine gravitationnel ou cette matière encore inconnue pourrait-elle avoir eu un autre rôle dans la formation de la matière baryonique? Je me doute que nos connaissances encore quasiment embryonnaires de cette fameuse matière ne doit pas permettre de répondre, mais la question en soi est-elle légitime?
Ce fond diffus ne peut donc etre suspecté d'etre l'énergie sombre recherchée, et est-il acquis qu'il n'ait aucun lien avec l'énergie du vide?
Je suis peut etre hors sujet sur ce fil que j'élargis trop sans doute, mais bon, on est déjà certain que l'univers et si vaste...
Dernière modification par pascelus ; 06/01/2015 à 20h17.
On peut effectivement imaginer une frontière entre deux états du vide. On appelle ça des murs de domaine, y'a pas mal de versions (voir le lien et cliquer sur la version anglaise pour plus de précision). C'est hautement spéculatif, mais dans le cadre du Multivers ça a tout à fait sa place.
Pas directement non mais disons que ça fait partie de la même histoire thermique de l'univers. Matière noire et baryonique sont des particules reliques, issue d'un passé chaud.Le lien constaté entre cette présence originelle de matière noire et les régions de l'univers dense de galaxies est-il exclusivement du domaine gravitationnel ou cette matière encore inconnue pourrait-elle avoir eu un autre rôle dans la formation de la matière baryonique? Je me doute que nos connaissances encore quasiment embryonnaires de cette fameuse matière ne doit pas permettre de répondre, mais la question en soi est-elle légitime?
On part d'un plasma à haute température. Les photons d'énergie hv sont en équilibre thermique avec ce plasma c'est à dire que à tous moment on a :
hv = kT
avec
h la cte de Planck,
v (nu) la fréquence du rayonnement
k la cte de Boltzmann.
T la température
Une particule de masse m est en équilibre chimique tant que
mc² << kT
C'est à dire que quand la température est élevée les photons peuvent créer et recréer en permanence des couples particules-antiparticules, et l'abondance de la particule n (sa concentration dans l'univers) est la distribution de Planck (une fonction simple de la température).
L'expansion de l'univers refroidit l'univers
T ~ 1/a
avec a le facteur d'échelle
En dessous d'une température de gel Tg ~ mc²/k les photons n'ont plus assez d'énergie pour créer la particule et son antiparticule. Elles s'annihilent donc et ne sont plus recrées. Normalement il ne devrait plus rien rester, mais un déséquilibre initial qu'on situe s'être produit à une température dite de Grande Unification vers 1027 K, fait qu'un peu plus de matière que d'antimatière ont été crée. Cela est vrai pour les WIMPS également. La masse de ces particule est située entre 10 GeV et 10 TeV et la température de gel est donc plus élevée que pour les proton et les neutron (m ~ 1 GeV). En dessous de cette température de gel, dite aussi de découplage, la démographie de la particule chute exponentiellement, d'autant plus fortement que la section efficace d’interaction est élevée. A l'issue de quoi, la population relique se dilue simplement dans le volume croissant de l'univers, c'est à dire en a-3, et le ratio nombre de particule/nombre de photon reste stable (si la particule est stable).
Le graphique ci dessous donne l'évolution de la démographie des WIMPS sous la forme d'un ratio entre WIMPS et photon (nX/ny) en fonction de la température pour différente section efficace d’interaction.
source : l'excellent Principes de la cosmologie de James Rich, dont je conseille le téléchargement et la lecture assidue !
Dernière modification par Gilgamesh ; 17/09/2015 à 07h54.
Parcours Etranges
Explications toujours aussi claires et pertinentes, merci à Gilgamesh.
Est-il établi de façon certaine que l'apparition des particules cesse après la phase de découplage? L'émergence de matière noire n'a-t-elle pas pu se prolonger au-delà? Est-ce que ça aurait une incidence sur notre façon appréhender l'expansion?
Dès lors qu'on dispose d'assez d'énergie localement, le processus de création est toujours possible, la nature n'a pas cassé le moule. Et on espère bien produire de la sorte des neutralinos au LHC.
Mais au plan cosmologique cela devient anecdotique, d'autant plus que la section efficace d'interaction est faible.
Les seuls processus notables de l'univers post-découplages sont la formation des galaxies (processus gravitationnel) et les processus stellaires (où interviennent les quatre interactions : gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible). C'est une activité "intéressante" (très riche au plan phénoménologique) mais "résiduelle" en terme d'intensité. Le jeune univers est incroyablement plus intense en terme de nombre d’interaction et presque toutes les interactions qui pèsent en terme de composition de l'univers se sont déroulées en un temps extraordinairement bref et à très haute température.
Dernière modification par Gilgamesh ; 13/01/2015 à 17h33.
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