Autour de la définition d'Univers et au-delà.

[ASan78]

Bonjour,

J'aimerai avoir des avis sur une réflexion qui s'est passée dans ma tête (il s'en passe des choses bizarre, d'ailleurs). Je vais essayer de la retranscrire de façon cohérente.

1) Je suppose que l'Univers - j'entends par là l'ensemble des particules issues du Big Bang (mais est-ce seulement une bonne définition de l'Univers ?) - est entièrement contenu dans un espace E, au sens mathématique, d'une certaine dimension.
2) Si l'on associe l'état dans lequel se trouvait l'Univers au moment du Big Bang (instant t=0) à un point O de E, on peut décrire, pour tout instant t>0 après le Big Bang, une boule B(t) de E contenant tous les points de E qui aurait pu être atteint par un photon émis à l'instant t=0. C'est-à-dire une boule centrée en O.
3) Ainsi, à tout instant t, l'Univers est contenu dans la boule B(t).

A partir de là, plusieurs questions me viennent à l'esprit pour lesquelles je n'ai aucune intuition de réponse.
- Y a-t-il un intérêt physique (dans le sens où saurait l'appréhender) à se demander à quoi correspond physiquement l'espace E-B(t) ? Par définition, la boule B(t) est bornée, ce qui, à priori, n'est pas le cas de E.
- Pourrait-on imaginer un point O' dans E, distinct de O qui aurait été le centre d'un autre Big Bang et pour lequel toutes les boules B'(t) sont distinctes de B(t) ? C'est-à-dire un autre Univers qui n'aurait aucune influence sur le notre et inversement. Est-ce possible ? Ou, au contraire, y a-t-il des théorèmes/démonstrations qui prouvent que tout ce qui existe provient de "notre Big Bang à nous" ?

Je ne sais pas si j'ai été assez clair dans mes explications. Merci d'avance pour vos réponses

ASan
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[pun1sher]

Bonjour,

2) Si l'on associe l'état dans lequel se trouvait l'Univers au moment du Big Bang (instant t=0) à un point O de E, on peut décrire, pour tout instant t>0 après le Big Bang, une boule B(t) de E contenant tous les points de E qui aurait pu être atteint par un photon émis à l'instant t=0. C'est-à-dire une boule centrée en O.

Ce que vous décrivez là ressemble un peu à l'univers observable, ou alors j'ai pas compris ce que vous vouliez dire...

3) Ainsi, à tout instant t, l'Univers est contenu dans la boule B(t).

Oui, l'univers observable... et cette boule serait plutôt ce qu'on appelle un cône de lumière centré sur votre point O

http://fr.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ne_de_lumi%C3%A8re

Quant à vos interrogations, et notamment celle-ci :

- Pourrait-on imaginer un point O' dans E, distinct de O qui aurait été le centre d'un autre Big Bang et pour lequel toutes les boules B'(t) sont distinctes de B(t) ? C'est-à-dire un autre Univers qui n'aurait aucune influence sur le notre et inversement. Est-ce possible ? Ou, au contraire, y a-t-il des théorèmes/démonstrations qui prouvent que tout ce qui existe provient de "notre Big Bang à nous" ?

Je pense que la faille dans votre raisonnement est de considéré que le big-bang n'a eu lieu qu'au point O, alors que c'est un phénomène global a E. Donc pas plusieurs big-bang mais un seul avec juste un point de vue différent (donc un cône de lumière) représenté par les points O et O'.

Cordialement.

[ASan78]

Ce que vous décrivez là ressemble un peu à l'univers observable, ou alors j'ai pas compris ce que vous vouliez dire...

Non, justement, je ne pense pas que je décris l'univers observable, ici. Mon cône de lumière est centré sur le point O qui est le point où se trouvait toute la matière à l'instant du Big Bang. Il n'est pas centré sur la Terre. L'univers obersable (un cône de lumière centré sur la terre) est une autre boule à l'intérieur de B(t) (qui n'est pas forcément en son centre, de plus).

Je pense que la faille dans votre raisonnement est de considéré que le big-bang n'a eu lieu qu'au point O, alors que c'est un phénomène global a E.

Pourtant, je suppose qu'à l'instant du Big Bang, toute la matière est contenue au point O. A moins que le Big-Bang peut être vu comme un "étirement" de E et pas uniquement de O ?

[Matmat]

1) Je suppose que l'Univers - j'entends par là l'ensemble des particules issues du Big Bang (mais est-ce seulement une bonne définition de l'Univers ?) - est entièrement contenu dans un espace E, au sens mathématique, d'une certaine dimension.
2) Si l'on associe l'état dans lequel se trouvait l'Univers au moment du Big Bang (instant t=0) à un point O de E, on peut décrire, pour tout instant t>0 après le Big Bang, une boule B(t) de E contenant tous les points de E qui aurait pu être atteint par un photon émis à l'instant t=0. C'est-à-dire une boule centrée en O.
3) Ainsi, à tout instant t, l'Univers est contenu dans la boule B(t).

Bonjour,
Si ces supposition étaient vraies, l'expansion ne pourrait pas être isotrope :
En effet si nous regarderions en direction de O et que nous constaterions une vitesse de récession V dans cette direction alors dans une direction perpendiculaire, nous constaterions une vitesse de récession de 2piV puisque le périmètre d'une boule grandit 2pi fois plus vite que son rayon ... bref la vitesse de récession varierait entre V à 2piV en fonction de la direction dans laquelle on regarderait ! Il serait même possible de situer O dans l'espace .
Or tout ceci est faux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pun1sher]

Oui dans ce cas, vos postulats de départs sont erronés...

A moins que le Big-Bang peut être vu comme un "étirement" de E et pas uniquement de O ?

Ça me semble plus logique comme cela, et surtout c'est ce qu'est le big-bang si je ne m'abuse.. il concerne E dans son ensemble.

Cordialement.

[ASan78]

Merci pour vos réponses, je n'avais pas pensé à l'isotropie.

Cependant, dans mon esprit, dire qu'à l'instant du Big-Bang toute la matière était comprimée dans une très petite boule de l'espace et dire dans le même temps qu'il n'y a pas de direction privilégiée dans l'univers semble contradictoire. Je n'arrive pas à concilier les deux idées dans mon esprit. J'ai l'impression que l'on peut voir cette contradiction dans le fond diffus cosmique.

Une des propriétés du fond diffus cosmique est qu'il est uniforme et ce, peu importe la direction dans laquelle on regarde. En particulier, il provient de partout en même temps alors qu'il a été émis d'un espace borné. Comment peut-on expliquer ceci ?

[pun1sher]

Cependant, dans mon esprit, dire qu'à l'instant du Big-Bang toute la matière était comprimée dans une très petite boule de l'espace et dire dans le même temps qu'il n'y a pas de direction privilégiée dans l'univers semble contradictoire. Je n'arrive pas à concilier les deux idées dans mon esprit. J'ai l'impression que l'on peut voir cette contradiction dans le fond diffus cosmique.

C'est un peu un abus de langage de dire qu'il était concentré dans une toute petite boule, ou un biais apporté par la vulgarisation... En fait on est incapable de remonter au moment t0. Au mieux on remonte jusqu'au temps de planck, et ce qu'on constate c'est que l'univers à cette époque la est incroyablement chaud et dense et que les distances sont bien plus petites qu'aujourd'hui... donc pas de contradiction.

Une des propriétés du fond diffus cosmique est qu'il est uniforme et ce, peu importe la direction dans laquelle on regarde. En particulier, il provient de partout en même temps alors qu'il a été émis d'un espace borné. Comment peut-on expliquer ceci ?

d'un espace borné.. c'est bien vite dit, on en sait rien. Le fait que le CMB soit uniforme traduit surtout le fait que au début de l'histoire de l'univers certains endroits qui sont aujourd'hui causalement déconnecté on eu le "temps" d'échanger leur propriété avant que l'inflation passe par la...

voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Probl%C...de_l%27horizon

Cordialement.

[ASan78]

C'est un peu un abus de langage de dire qu'il était concentré dans une toute petite boule, ou un biais apporté par la vulgarisation... En fait on est incapable de remonter au moment t0. Au mieux on remonte jusqu'au temps de planck, et ce qu'on constate c'est que l'univers à cette époque la est incroyablement chaud et dense et que les distances sont bien plus petites qu'aujourd'hui... donc pas de contradiction.

Je crois que j'ai du mal à me représentater du Big Bang sans être en contradiction avec l'isotropie de l'Univers

d'un espace borné.. c'est bien vite dit, on en sait rien.

Dans le cas où cet espace avait été borné, saurait-on expliquer le fait que le CMB provienne de toutes les directions en même temps ? Par réflexion et diffusion dans les galaxies et nuages de gaz contenus dans l'univers ? De plus, est-ce que cela impliquerait que l'univers est fini, encore aujourd'hui ? J'imagine que oui.

[ansset]

Dans le cas où cet espace avait été borné, saurait-on expliquer le fait que le CMB provienne de toutes les directions en même temps ? Par réflexion et diffusion dans les galaxies et nuages de gaz contenus dans l'univers ? De plus, est-ce que cela impliquerait que l'univers est fini, encore aujourd'hui ? J'imagine que oui.

non, et on attribue souvent les notion de finitude ou d'infinitude à nos représentations d'humains en 3D.
et encore , au début, on pensait que la terre était plate ( c'était juste plus "simple" ) sans imaginer qu'en partant dans une direction on reviendrait au même point.
tout comme on compare souvent le "big bang" à une sorte de sphère en expansion.

[Gilgamesh]

Donc en gros : le point O correspond à nous et la boule centré sur nous l'univers observable. Mais la boule doit être vue comme le grossissement du point, qui doit lui même être compris comme un volume infinitessimal. L'univers peut être vu comme l'accumulation d'environ 1e80 cube de 1 m3. Ces 1e80 cubes sont déjà dans le volume O mais en plus petits


La théorie de l'inflation postule que ce volume initial O appartient à un univers, c'est à dire qu'il faut imaginer un nombre virtuellement infini de volumes O en inflation. En temps normal chaque volume donne un univers comme le nôtre en un temps très petit. Ce genre d'espace en inflation est donc stérile dans la mesure où deux particules test que l'on placerait côte à côte dans un volume quelconque en inflation se retrouvent chacune entourée d'un horizon cosmologique qui ne contient qu'elle dans l'instant qui suit.

Maintenant on imagine que dans notre volume O l'inflation à "desenflée" sous l'effet d'une fluctuation quantique. Entre le début et la fin du phénomène l'univers était déjà passé d'une taille subatomique à une grande taille (grande combien ça dépend des réglages du modèle) et cet intérieur est remplis d'un plasma dense à haute température : l'inflation se mue en big bang chaud.

[ansset]

Maintenant on imagine que dans notre volume O l'inflation à "desenflée" sous l'effet d'une fluctuation quantique. Entre le début et la fin du phénomène l'univers était déjà passé d'une taille subatomique à une grande taille (grande combien ça dépend des réglages du modèle) et cet intérieur est remplis d'un plasma dense à haute température : l'inflation se mue en big bang chaud.

bjr Gilgamesh,
vous êtes déjà très prolixe et didactique sur de nombreux points
mais cette dernière phrase m'interroge ( surtout la fin )
" l inflation se mue en big bang chaud"
j'ai l'intuition que vous évoquez l'énergie du vide, sans le dire.
et je me trompe peut être.
mais comment l'affirmer sans l'avoir "mesurée" ?
peut être modélisée de différentes façons , mais on arrive à des valeurs qui dépasseraient par leurs effets, ce qu'on observe.
mais je suis peut être totalement HS dans mon propos.

[Gilgamesh]

bjr Gilgamesh,
vous êtes déjà très prolixe et didactique sur de nombreux points
mais cette dernière phrase m'interroge ( surtout la fin )
" l inflation se mue en big bang chaud"
j'ai l'intuition que vous évoquez l'énergie du vide, sans le dire.

Oui, c'est ça. Le vide à haute énergie est inflationnaire dans cette hypothèse, et la transition de phase consiste en ce que l'énergie du vide est transférée aux champs de matière. L'abaissement du niveau d'énergie du vide met fin à l'inflation, et le transfert de l'énergie aux champs de matière provoque le "réchauffage" (reheating) qui emplit l'espace d'un plasma chaud.

mais comment l'affirmer sans l'avoir "mesurée" ?
peut être modélisée de différentes façons , mais on arrive à des valeurs qui dépasseraient par leurs effets, ce qu'on observe.
mais je suis peut être totalement HS dans mon propos.

Ca reste en effet assez spéculatif mais ce qui se mesure quand même ce sont les constantes de la physique, qui permettent d'aboutir aux unités naturelles dites de Planck. Le calcul de l'énergie de point zéro donne une valeur de la densité d'énergie qui devrait être de l'ordre de la densité de Planck (une masse de Planck par volume de Planck). Le fait est que le vide de notre univers n'a pas du tout cette valeur, mais cela rend l'hypothèse qu'il aurait pu l'avoir assez légitime. Et via l'inflation ça résoudrait d'un coup pas mal de pathologie du modèle standard de cosmologie.

[ansset]

Le fait est que le vide de notre univers n'a pas du tout cette valeur, mais cela rend l'hypothèse qu'il aurait pu l'avoir assez légitime. Et via l'inflation ça résoudrait d'un coup pas mal de pathologie du modèle standard de cosmologie.

reste donc , qu'entre les deux, il reste un champ d'investigation large mais passionnant.
Cdt

[Olivzzz]

Bonjour,

La vision que je me suis faite de l'Univers du Big bang jusqu'à aujourd'hui est la suivante : Afin de pouvoir me le représenter mentalement je passe d'une réalité en 3D à un modèle en 2D, en l'occurrence la surface d'un ballon gonflable.
À l'instant du BB la taille du ballon vaut zéro mais il contient déjà sa propre surface. Ensuite il gonfle, gonfle, gonfle, et chaque point à sa surface s'éloigne de tout autre point. Le BB n'a pas eu lieu en un endroit du ballon,
c'est tout le ballon qui est issu du BB, en entier et d'1 coup. L'univers observable n'est une petite portion de la surface du ballon.

J'aime bien l'image du ballon car elle modélise assez bien l'expansion de l'Univers ainsi que sa forme comme je me l'imagine. À savoir un espace non borné mais fini.

Voilà je ne sais pas si mon analogie tient la route mais je n'ai pas mieux à proposer.

[bb98]

Bonjour

Si une image est vraiment indispensable pour se représenter les choses, celle là en vaut bien une autre...
Mais, attention :
-seule la description mathématique est précise, et il faudrait faire l'effort de l'approcher
-par ailleurs, le ballon gonfle "dans" quelque chose...ce qui n'est pas le cas de l'univers dans nos modèles..

Bonnes lectures

[ASan78]

En effet, même si c'est pas toujours très représentatif de la réalité, une image, aussi basique soit-elle, permet quand même de se représenter les choses et d'appréhender des phénomènes de l'astronomie/cosmologie qui ne sont pas toujours très intuitifs L'important est de savoir quelles sont les limites de notre représentation ! J'ai d'ailleurs encore pas mal de taff de ce côté-là !

-par ailleurs, le ballon gonfle "dans" quelque chose...ce qui n'est pas le cas de l'univers dans nos modèles..

Tu dis que cet "espace" dans lequel notre univers s'étend n'est pas dans nos modèles. Est-ce que cela a un sens d'essayer de le décrire ? Ou est-ce de la métaphysique dans le sens où, de toute façon, on ne pourra pas l'étudier, au même titre qu'un éventuel temps antérieur au Big Bang par exemple ?

[Gilgamesh]

Tu dis que cet "espace" dans lequel notre univers s'étend n'est pas dans nos modèles. Est-ce que cela a un sens d'essayer de le décrire ?

Non, ça ne correspond à aucune réalité physique.