Expansion de l'univers et du temps?

[pascelus]

Bonjour à tous!


Etant acquis que l'univers visible est en expansion, et que l'espace et le temps sont intrinsèquement liés, a t'il été montré que le temps aussi subissait cette expansion? C'est à dire que par rapport à un référentiel centré sur notre temps d'aujourd'hui, peut-on observer des événements lointains (dans l'espace donc dans le passé) qui durent plus longtemps que les mêmes événements à notre proximité?

Si cela était avéré, qu'en serait-il de la période inflationnaire de l'univers? Selon la théorie de l'expansion, entre 10^-43 seconde et 10^-30 seconde environ après le temps zéro des modèles cosmologiques idéalisés issus de la RG, l'espace aurait connu une phase d'expansion accélérée extraordinairement forte mais très brève. Cette brièveté serait-elle alors à reconsidérer relativement à un temps lui aussi en inflation?

Merci de vos éclaircissements.
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[phys4]

Bonjour,

Je ne suis pas sur que votre question ait une sens très clair.

Les phénomènes lointains observés paraissent ralentis du facteur du Hubble, qui équivalent à une vitesse d'éloignement. Mais cela ne signifie pas une expansion séparée du temps.
Il faut comprendre que c'est l'espace-temps complet qui subit l'expansion et qu'il n'y a pas lieu de séparer expansion espace et expansion temps.

[pascelus]

Je ne suis pas sur que votre question ait une sens très clair.

Alors dit autrement: quel est l'effet de l'expansion sur le temps? Les distances augmentent, donc le temps aussi?

Ensuite depuis le big-bang l'espace a subi une inflation exponentielle de l'ordre de 10^50. Peut-on extrapoler sur le fait que l'unité de temps actuelle est d'autant plus rallongée?

Quand on estime qu'après 10^-35 secondes environ après le big-bang l'inflation s'est arrétée, cette durée correspond-elle à 10^15 secondes "actuelles"? Soit dans les 30 millions d'années?

[phys4]

Pour les échelles à l'intérieur de la limite de l'univers visible, je préfère laisser des spécialistes de ce domaine particulier répondre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Bonjour à tous!


Etant acquis que l'univers visible est en expansion, et que l'espace et le temps sont intrinsèquement liés, a t'il été montré que le temps aussi subissait cette expansion? C'est à dire que par rapport à un référentiel centré sur notre temps d'aujourd'hui, peut-on observer des événements lointains (dans l'espace donc dans le passé) qui durent plus longtemps que les mêmes événements à notre proximité?

Oui, on mesure ça par exemple avec les courbes de lumière de lumière des supernovae.

[pascelus]

Oui, on mesure ça par exemple avec les courbes de lumière de lumière des supernovae.

Merci.

Est-il correct alors d'imaginer que les 10^-35 secondes de l'inflation "big-bang" représenteraient aujourd'hui, avec notre temps ayant subi l'expansion, dans les 30 millions d'années?

[Anta.C]

Est-il correct alors d'imaginer que les 10^-35 secondes de l'inflation "big-bang" représenteraient aujourd'hui, avec notre temps ayant subi l'expansion, dans les 30 millions d'années?

En idéalisant un peu le parcours de la lumière dans un grand vide pleinement soumis à l'expansion cosmique :
le délai de réception entre signaux de début et fin correspond à leur éloignement spatial. Or, celui ci s'expand et ce d'autant plus que le temps de parcours est long.
Cela induit un ralentissement apparent assez proportionnel à l'éloignement initial ( Ho très petit ).
Il est d'environ 2.5 pour 13 mds d'années , Ho=70 km/s/mparsec , c=300000 km/s , une année = 31557600 s et 1 mparsec = 3260000 années lumière.
Pour 13.8 mds d'années : (1+70/(3260000*31557600*300000))^(13 800000000*31557600) = environ 2.68
sous réserve de cafouillage matinal ...

[pascelus]

Il est d'environ 2.5 pour 13 mds d'années , Ho=70 km/s/mparsec , c=300000 km/s , une année = 31557600 s et 1 mparsec = 3260000 années lumière.
Pour 13.8 mds d'années : (1+70/(3260000*31557600*300000))^(13 800000000*31557600) = environ 2.68
sous réserve de cafouillage matinal ...

Oui, merci pour le calcul.

Mais si on ne considère que la phase d'inflation probable du début de notre univers visible, Ho est considérablement plus important:

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbi...lat/niv1_1.htm

"10^-35 secondes après le big-bang, l’espace se dilate 10^30 à 10^100 fois en 10^-32 seconde ! Même les minuscules fluctuations de densité primordiales auraient été dilatées jusqu’à des dimensions supérieures à celles des superamas de galaxies."

Je me pose donc des questions sur la correspondance de ces fractions de secondes d'alors avec nos secondes actuelles. Il me semble que ces 10^-32 secondes sont la durée actuelle, extrapolée cela revient dans le temps n'ayant pas encore subi l'inflation, à des millions d'années.

[Anta.C]

Bonjour,

humm , c'est apparent et du à l'expansion ; ce n'est pas un ralentissement de type champ de gravité.

Mais il vaut mieux attendre une éventuelle invalidation par Gilgamesh

[EventO]

@Pascelus:
Du point de vue de la RG, il est effectivement envisageable de considérer qu'il est

correct d'imaginer que les 10^-35 secondes de l'inflation "big-bang" représenteraient aujourd'hui, avec notre temps ayant subi l'expansion, dans les 30 millions d'années

Toutefois quantifier la chose est hautement spéculatif dans la mesure, où il faudrait au moins connaitre l'évolution du facteur d'échelle et ça dépend donc forcément du modèle d'inflation. J'ai donc envie de dire que les 10^-35 secondes de l'inflation "big-bang" représenteraient aujourd'hui, avec notre temps ayant subi l'expansion, un temps arbitrairement grand.

De manière plus générale, et pour un observable de durée courte vis à vis de l'expansion (donc pas pour l'inflation ), le redshift est directement la mesure d'expansion du temps: Trec=(1+z)Tem

cordialement

[Gilgamesh]

Merci.

Est-il correct alors d'imaginer que les 10^-35 secondes de l'inflation "big-bang" représenteraient aujourd'hui, avec notre temps ayant subi l'expansion, dans les 30 millions d'années?

Cela dépend du nombre de e-folding de l'inflation cad de l'exposant de l'exponentielle par laquelle l'univers a cru entre le début et la fin de l'inflation.

Pour résoudre les pathologies de l'expansion classique (platitude, homogénéité, densité de particules reliques...) il faut environ 60 "e-folds", soit un facteur de croissance de 10²⁶. Ça donne le redshift z par lequel on observerait un événement situé au début l'inflation en se plaçant à la fin du processus.

La température à l'issue du processus est de l'ordre de 10²⁷ K. Et on a T₁/T₂ = a₂/a₁ = 1+z, avec T la température et a le facteur d'échelle. Il faut donc rajouter z = 10²⁷ pour avoir le redshift actuel.

Avec ces hypothèses, un événement de durée propre Δt ~ 10^-35 s serait observé aujourd'hui comme s'étalant sur une durée (1+z) Δt ~ 10^{-35 +26 +27} s soit 10¹⁸ s, ce qui est de l'ordre de l'âge de l'univers aujourd'hui. Et c'est en toute hypothèse un minimum, le nombre de e-folds peut être pris largement supérieur.

[pascelus]

Avec ces hypothèses, un événement de durée Δt ~ 10^-35 sera observé comme s'étalant sur une durée (1+z) Δt ~ 10^{-35 +27 +29} s soit 10²¹ s, ce qui est largement supérieur à l'âge de l'univers actuel. Et c'est en toute hypothèse un minimum, le nombre de e-folds peut être pris largement supérieur.

Merci beaucoup pour cette explication stupéfiante!

Par contre, mon niveau en math subissant plus la déflation que l'expansion avec le temps, je ne comprends pas bien l'exposant "+29". Ne vouliez-vous pas écrire "+26"?

[Gilgamesh]

Oui ! lapsus calamini, j'ai corrigé. Le résulat n'est plus "que" de 10¹⁸ s, ce qui s'approche de l'âge de l'univers. Mais comme dit, c'est un minimum, certains scénarios inflationnaire aboutissent à des e-folds énormément plus élevés.

Par ailleurs j'ai déduit assez sauvagement le redshift de la fin de l'inflation en prenant l'exposant de la température, dans des cours sur le sujet je trouve plutôt z = 10²⁹

[pascelus]

@EventO @Gilgamesh: merci pour vos informations.

Une autre question corolaire, que j'espère pas trop stupide:

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

Selon la RG je suppose que oui, néanmoins il faut faire intervenir l'énergie noire pour expliquer cela or sa connaissance est encore tellement spéculative. De plus il me semble, si j'ai bien compris, qu'on mesure ce taux d'expansion à partir du redshift, lui même directement issu de l'expansion du temps. Donc expansion de l'espace et du temps sont forcement concordantes dans les observations, à moins que d'autres mesures de distances (paralaxe?) et de temps, parviennent à corroborer ces données?

Pourquoi cette question? Parce qu'il me semble que si l'expansion agissait différemment sur une des 4 dimensions (le temps), l'énergie noire serait peut etre inutile pour expliquer (l'apparente) augmentation de l'expansion de l'univers visible...

[Anta.C]

Salut,

je n'ai pas pensé qu'envisager cet effet observationnel avait un sens avant le fameux 380.000 ans. Il s'agit d'un effet basé sur la perception, or , selon la théorie, il n'y a pas de photons aujourd'hui détectable , avant cette date , il n'y a pas de place pour une ontologie de dilatation du temps.

Si tant est qu'on puisse distinguer un début et une fin sur 10^-35, la différence de chemin max ne serait elle pas trivialement la taille de l'univers après 10^-35 s ?

Pourquoi mon petit calcul tout simple , basé sur Ho et l'âge , ne retombe pas sur un plus gros coef de dilatation proche du redshift ?
Pour rappel, j'ai pris la différence initiale de chemin entre les photons et l'ai soumise à Ho 13.8 mds d'années, aux unités près.
Parce que j'ai pris la différence de redshifts perçus en réception entre les début et fin de l'emission et non celle entre l'émetteur et le récepteur.

merci de pointer sur l'erreur.

[EventO]

@pascelus:
Je pense que tu donnes une partie de la réponse, si je te comprends bien...
L'expansion est en réalité applicable à l'espace-temps et pas seulement au temps ou à l'espace. Ils ne sont pas dissociables.
Quant à l'énergie sombre, elle apparait plutôt comme un paramètre permettant de faire coïncider (concorder ) le modèle avec les observations. Elle ne change pas la forme générale de la métrique (FLRW) de l'espace temps
. Cette forme étant établie à partir de principes plus généraux.

@Anta.C:
J'avoue ne pas avoir suivi ton calcul, mais toutefois attention: H0 n'est significatif que de l'expansion contemporaine. Cela signifie trivialement pour des redshifts proches de 0. Elle n'est donc finalement vraiment utilisable que dans un contexte, où l'on peut négliger l'expansion(facteur d'echelle constant et ayant la valeur actuelle): donc des événements 'proches'.

[Anta.C]

@Event0 : j'ai simplement calculé ( 1 + Ho ) ^ ( durée ) en convertissant les unités ...
Supposons qu'on puisse , avec Hubble VIII , voir quelques étoiles d'une galaxie située à 13 mds d'al et mesurer en durées terrestres leurs motions. Le dernier signal émis est éloigné du premier signal émis d'une distance qui va subir l'expansion pendant 13 mds d'années. Ce dernier signal arrivera avec un retard augmenté ( donc par l'expansion de la différence de chemin ) d'où l'observation d'un ralentissement , pas tout à fait relativiste ( sinon que l'expansion l'est ).
Oui, Ho pourrait varier et il y a quelques effets liés à d'éventuelles variations locales si elles surviennent entre les 2 flux de photons ( début et fin mouvement ). Ce n'était qu'un calcul approché mais est ce que cela explique une telle différence avec la déduction faite du redshift ?

[EventO]

@Anta.C:

• Dans le ref propre de l' émetteur, émission du premier signal à t0 et du deuxième à t1
• Dans notre ref, reception du premier signal à t'0 et du second à t'1.

Alors sur le trajet des rayons lumineux:


Ainsi dans un cas simple, si pour T=t1-t0(resp. T'=t'1-t'0), on peut considérer le facteur d'echelle a(t) comme constant alors



Dans le cas encore plus contraignant où l'on considère un événement proche(z<<1), alors tu pourrais éventuellement faire apparaitre H0 en posant a(t'0)=a(t0)+da. C'était ça l'idée ???

[Gilgamesh]

@EventO @Gilgamesh: merci pour vos informations.

Une autre question corolaire, que j'espère pas trop stupide:

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

Selon la RG je suppose que oui, néanmoins il faut faire intervenir l'énergie noire pour expliquer cela

Non, aucun besoin de connaitre la nature du contenu de l'univers. La formule ci dessus s'applique du fait même de l'expansion, quelle qu'en soit sa cause.

[pascelus]

je n'ai pas pensé qu'envisager cet effet observationnel avait un sens avant le fameux 380.000 ans. Il s'agit d'un effet basé sur la perception, or , selon la théorie, il n'y a pas de photons aujourd'hui détectable , avant cette date , il n'y a pas de place pour une ontologie de dilatation du temps.

Oui effectivement les observations avant 380000 ans seront sans doute impossibles. Mais d'un autre coté il est peu probable que la RG ne soit applicable qu'à partir de la recombinaison, et du coup il ne parait pas uniquement philosophique de s'interroger sur les effets de l'inflation autant sur le temps que ce qu'on les spécule sur l'espace pour expliquer les grandes structures de notre univers visible actuel et du CMB.

Selon l'interprétation des observations du fond diffus cosmologique les amas et super-amas de galaxies auraient été structurés à partir d'infimes fluctuations quantiques ayant subi l'inflation très violente (au minimum 10^26 fois la taille de base en un temps bien inférieur à la seconde!...) Mais, la taille résultante de cette inflation est celle que nous constatons aujourd'hui, alors que la durée annoncée me semble être celle de l'époque. Dans notre référentiel temporel cette fraction de seconde correspondrait à des millions voire des milliards d'années. Est-ce que j'interprète mal ou il y a confusion de référentiel entre le taux d'inflation et sa durée?

[Garion]

Oui effectivement les observations avant 380000 ans seront sans doute impossibles.

Pas forcément si on arrive un jour à observer le fond cosmique des neutrinos, il est bien plus vieux.

Mais d'un autre coté il est peu probable que la RG ne soit applicable qu'à partir de la recombinaison, et du coup il ne parait pas uniquement philosophique de s'interroger sur les effets de l'inflation autant sur le temps que ce qu'on les spécule sur l'espace pour expliquer les grandes structures de notre univers visible actuel et du CMB.

Dans les accélérateurs de particules, on reproduit aujourd'hui des conditions qui se produisaient avant la fin de l'inflation et rien ne vient contredire la RG pour l'instant.

Selon l'interprétation des observations du fond diffus cosmologique les amas et super-amas de galaxies auraient été structurés à partir d'infimes fluctuations quantiques ayant subi l'inflation très violente (au minimum 10^26 fois la taille de base en un temps bien inférieur à la seconde!...) Mais, la taille résultante de cette inflation est celle que nous constatons aujourd'hui, alors que la durée annoncée me semble être celle de l'époque. Dans notre référentiel temporel cette fraction de seconde correspondrait à des millions voire des milliards d'années. Est-ce que j'interprète mal ou il y a confusion de référentiel entre le taux d'inflation et sa durée?

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"

[pascelus]

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"

Merci pour ces informations! Mais avouez qu'exprimer la durée du meme événement de 10^-35 secondes à quelques milliards d'années (avec une énorme fourchette), le "relatif" n'est pas trivial...

D'autre part "visualiser" cette inflation en exprimant un taux d'augmentation des distances de 10^26 pendant 10^-35 secondes ou 10^26 en quelques milliards d'années, cela ne donne pas la meme image de l'événement!

Cela me conforte dans l'idée qu'exprimer l'age de l'univers à 13,7 milliards d'années est assez trompeur. Un hypothétique "voyageur vers le passé" mettrait énormément plus que cette durée pour revenir au big-bang...

[pascelus]

Pas forcément si on arrive un jour à observer le fond cosmique des neutrinos, il est bien plus vieux.

A t'on une idée théorique de ce qui serait observable de ce fond cosmologique des neutrinos? des structures de notre univers visible actuel qui pourraient en découler?

[Anta.C]

Merci Event0

Je voulais calculer la différence de temps de vol en intégrant les chemins parcourus.
Il me semblait devoir utiliser Ho dans une exponentielle mais les auteurs en reviennent toujours au facteur d'échelle a qui est plutôt difficile à déterminer quand il est exprimé avec des paramètres indéterminés. Le faire avec un H constant est faux mais ce n'était qu'une tentative approchée. Beaucoup de formules publiées sont aussi approchées et d'application limitée.
Cependant, je ne comprends pas pourquoi une majoration de Ho en le prenant constant alors qu'il a augmenté, produit un ralentissement apparent inférieur au redshift ... Ou alors, il n'a pas exactement augmenté...

Il faudrait trouver des abaques de a ou de H dans le temps et faire un recollage numérique. Peut être sur les sites de Planck ou Hubble ...

[EventO]

@Anta.C:

Si je reprend la formule que tu utilises: (1+H0/d)^(D*t) avec d=1Mpsec(converti en km) , D=13,8 10^9 AL et t=1 an(en s), je ne vois rien de cohérent (rien que l'homogénéité). Du coup la valeur que tu donnes, ne me semble correspondre à rien...
Si tu as trouvé ça quelque part, je veux bien la source.

J'aurai plus compris, si tu avais utilisé un résultat comme 1+z=exp(H0*t) .

Concernant, l'évolution de H, elle est liée à la composition de l'univers (équations de Friedmann) et n'est pas nécessairement si régulière que ça.

cordialement

[Anta.C]

Je ne voulais pas utiliser z , qui contient peut être des composantes n'intervenant pas ici.

Ho est une formule d'accroissement appliquée comme des intérêts à payer au rythme de la seconde. Par sa définition et son unité.

Si H est variable , ce dont je ne doute pas, je ne sais pas la fonction formelle et consensuelle qui la relie au temps.

Par exemple, cet avis d'un universitaire , qui dit l'essentiel en quelques lignes , n'est pas suffisant pour l'établir :
https://www.researchgate.net/post/Is..._a_parameter10

Ce qu'il dit de son évolution explique pourquoi prendre H constant conduit à mon très faux résultat ...

So the expansion can't be a simple power law and the relation of the Hubble parameter to the age of the Universe is more complex than the examples above. But it is still the case that H(T) gets smaller as T gets larger.

Bon, ok pour le redshift , après tout z est le résultat d'une observation. C'est donc le facteur de ralentissement apparent. Merci à tous.

Du coup, les courbes de rotation des galaxies lointaines doivent être corrigées de gros facteurs.

[Anta.C]

Salut,

un papier sur la dilatation du temps perçu dans le cas des surpernova
Time Dilation in Type Ia Supernova Spectra at High Redshift

Ca colle parfaitement. Une preuve supplémentaire de l'expansion , pour ceux qui en doutent ...

Ceci dit,
- il n'est pas sûr que tous les auteurs en tiennent compte dans les mesures de vélocité des galaxies
- la bonne continuité des ralentissements observés et l'absence de sursauts dus à des fluctuations locales de l'expansion sur la ligne de visée serait une info. Sans cela, il faudrait borner la précision des mesures de déplacement angulaire

[pascelus]

Bonjour,

- la bonne continuité des ralentissements observés et l'absence de sursauts dus à des fluctuations locales de l'expansion sur la ligne de visée serait une info. Sans cela, il faudrait borner la précision des mesures de déplacement angulaire

Merci pour le lien qui confirme tout ce qui a été dit ici.

Je ne pense pas que des fluctuations locales de l'expansion soient suspectées car elles auraient sans doute un effet très visible sur tout un secteur angulaire de l'univers.

Par contre il me semblait avoir lu quelque part que l'influence de la gravitation ou des accélérations était différente sur le temps par rapport à l'espace. S'il en avait été de meme pour l'expansion, les vitesses apparentes d'éloignement des galaxies auraient pu en etre affectées. Mais rien ne confirme cela non plus.

Au passage cette expansion de l'espace temps entier ne me parait pas etre lié à un effet relativiste (référentiel? gravitationnel? accélérations?), hormis le fait que l'espace et le temps soient bien une seule entité.

Ceci conforte dans l'idée de considérer l'espace-temps comme un seul ensemble ordonné selon 4 dimensions indissociables, mais:

Encore une question corolaire: quel est l'effet de la courbure espace-temps (si on imagine un univers fini) sur la composante "temps"? Le paradoxe du grand père est bien solide. Serait-ce là une "preuve" de la platitude de l'univers, avec la haute improbabilité de son instabilité? Comment expliciter la différence du vecteur "temps" et son sens directionnel absolu, par rapport aux 3 autres vecteurs dimensionnels?

[Anta.C]

Bonjour,

l'espace n'est pas si libre que ça. A proximité d'une masse , une direction et un sens sont privilégiés.

[pascelus]

Bonsoir,

Toujours au sujet du temps et de son expansion: il semblerait que la phase d'inflation de l'univers soit la meilleure explication des grandes structures de l'univers visible. Cette inflation aurait pu dilater les fluctuations quantiques pour donner les quelques disparités thermiques que nous observons dans le CMB.

Mais qu'en est-il de l'inflation du temps pendant cette meme période, son influence sur notre univers actuel est-elle encore observable, recherchée? Par exemple la durée de vie extrêmement courte des particules créées dans le vide quantique aurait-elle pu etre "dilatée" aussi et peut-être les transformer en matière baryonique?

Il me semble avoir lu que l'énergie énorme libérée lors de cette inflation serait une hypothèse suffisante pour expliquer la stabilisation des particules virtuelles quantiques en baryons. Mais cette transition rayonnement-matière est-elle indépendante de leur durée de vie inflationnaire?