Comportement d'un photon rencontrant "le mur " de l'univers

[Electro350]

Bonjour ,

Cela fait quelques mois déjà que je me pose une question bon sans grand intérêt mais juste
de savoir si ce comportement est déjà connu.

Sachant que notre univers ce dilate à une vitesse à peu près fixe pour le vivant humain ( 72 Km.sec-1)

Que serait le comportement d'un photon allant exactement dans le direction de ce mur et qui donc
rentrerai en contact avec celui-ci sachant qu'il va beaucoup plus vitesse que la vitesse d'expension du
mur de l'univers ?

Ce photon est annihilié ? absorbé , renvoyé ?

Merci pour vos réponse , je peux faire un schéma simple si vous ne comprenez pas mon schéma intellectuel.
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[f6bes]

Bjr à toi,
Il n'y a pas de "mur" de l'univers.

Bonne journée

[Amanuensis]

Sachant que notre univers ce dilate à une vitesse à peu près fixe pour le vivant humain ( 72 Km.sec-1)

Point de détail: s'il s'agit de la "constante" de Hubble, l'unité n'est pas le km/s, mais (km/s)/Mpc (km par seconde et par mégaparsec).

[Amanuensis]

J'imagine que "mur de l'univers" invoqué a une relation avec la distance à laquelle la vitesse d'éloignement atteint c, c'est à dire pour 72 km/s/Mpc, 300000/72 Mpc = environ 4,2 Gpc.

Mais cela ne colle pas avec "dans la direction du mur".

[A voir en vidéo sur Futura]

[Electro350]

Donc si je comprend bien ce que l'on appel les bords de l'univers à un moment T de sa dilatation c'est l'endroit le plus lointain où on peut trouver
de la matière ?

Dans ce modèle la comment peut-on envisager le big crunch si l'univers n'est pas une forme de bulle en train de grossir mais juste un genre
de gaz en train de ce dilater ?

Ps : oui je savais pour les mégaparsec mais je me rappelait plus de la valeur hein.


Merci

[Gilgamesh]

Donc si je comprend bien ce que l'on appel les bords de l'univers à un moment T de sa dilatation c'est l'endroit le plus lointain où on peut trouver de la matière ?

Non, c'est l'endroit le plus lointain dont peut nous parvenir de la lumière. Cela forme une sphère centrée sur nous qu'on appelle l'univers observable. Mais notre univers dans son ensemble, c'est à dire le volume né du même événement d'expansion, et sans le moindre doute bien plus vaste. En première approximation, si j'ose dire, tu peux faire comme s'il était infini.

Le problème de représentation qui se pose à toi est classique, et provient du fait que tu te représente le Big Bang comme une explosion dans l'espace, et non comme une expansion de l'espace.


Un petit schéma pour se représenter la différence entre une explosion à partir d'un centre unique et une expansion dont le centre est partout.

La taille de bonhommes représentent leur distance. Plus ils sont grand, plus ils sont proches de nous.

La couleur des bonhommes représente le décalage dans le rouge (redshift) du au fait de leur vitesse relative par rapport à nous.

En noir : aucun décalage = bonhommes immobiles relativement à nous
En rouge de plus en plus foncé = bonhomme dont la vitesse de récession est croissante.



Cas d'une explosion à partir d'un centre, vu d'ici.

Imaginons un univers né d'un "jaillissement de matière" à partir d'un centre, qui projette donc son matériaux à grande vitesse dans toute les direction.

Par rapport au centre, tous les corps s'éloignent à la même vitesse. Depuis un endroit quelconque, tous les corps situé du "même coté" de l'explosion, par rapport au centre, sont immobile (=> noir).

Seule la partie des bonshommes situés de l'autre côté de l'explosion, à partir d'une certaine distance (donc d'une certaine petitesse) sont rougis par la vitesse de récession et ce rougissement ne varie pas avec la distance. Les plus petits bonshommes rouges sont tout autant rouges que les plus gros.




Vue de l'univers-explosion, en direction du Nord (direction du Centre qui a explosé) :

Pièce jointe 193800


Vue de l'univers-explosion, en direction du Sud (côté opposé à l'explosion):

Pièce jointe 193801

Cas d'une expansion (chaque point de l'univers est le "centre" de l'expansion):


La distance entre chaque objet augmente à un rythme, donc une vitesse apparente, proportionnelle à la distance séparant de ce point.

v = Hd

avec v la vitesse du "flot de Hubble"
H la cte de Hubble
d la distance

Plus le point est éloigné (bonhomme petit), plus la vitesse de récession est grand et le bonhomme rougie. Et ceci quelle que soit la direction Nord ou Sud (ainsi que Est et Ouest évidemment) vers laquelle porte le regard.



Vue de l'univers en expansion, en direction du Nord :

Pièce jointe 193798


Vue de l'univers, en direction du Sud

Pièce jointe 193799


L'observation permet donc de trancher sans équivoque entre ces deux situations.


Les différentes notion de mouvement en cosmologie

D'abords, couvres mentalement l'univers d'un repère de coordonnés, c'est à dire d'un grand calque millimétré en trois dimensions.
Sur ce calque tu places les objets et tu notes leur coordonnées x, y, z.

Une fois que tu as fais ça, tu peux concevoir deux types mouvements :

- le mouvement propre : les coordonnées de l'objet changent avec le temps.
- le mouvement comobile : les coordonnées de l'objet restent identiques, mais l’intervalle entre deux graduations grandit. Autrement dit, le calque est en expansion.

Le mouvement propre explique la formation des galaxies et des amas : les objets attirent les objets proches et se regroupent pour former des masses liées.

Le mouvement comobile est ce qu'on appelle l'expansion. Chaque objet voit tous les objets lointains s'éloigner de lui.


les différentes notions de distances en cosmologie
notation :
Gy = giga years (=milliard d'années)
Gly = giga light-years (=milliard d'années-lumière)

1- La première notion de distance est en fait un temps : le temps de trajet du photon (ou temps de regard en arrière). C'est celle qui est donnée usuellement, en années-lumière. Il s'agit bien d'années qu'a passé le photon dans l'espace pour nous parvenir. Mais à quelle distance en mètres cela correspond ?

Dans un univers en expansion, il n'y a pas de définition univoque de la distance, il y en a deux (plus une troisième que l'on verra après).

2- la distance entre la source et la cible au moment de l'émission du photon (distance dite angulaire) Da
3- la distance entre la source et la cible au moment de la réception du photon (distance dite comobile) Dc.

La distance angulaire Da est ainsi nommée parce que c'est celle qu'il faut prendre en compte pour juger de la taille angulaire de l'objet source sur la voûte céleste. L'angle alpha (sous lequel on observe l'objet de taille h est :

alpha = h/Da
(pour les petits angles)


Donc, quand le photon a été émis, la source était la la distance Da de l'endroit où nous sommes. Et à ce moment là, le taux d'expansion H(t) était plus élevé que maintenant. Le photon "remonte" donc un "flot d'espace" comme un saumon remonte la rivière (à une vitesse propre constante : c) pour arriver jusqu'à nous. On conçoit que si l'intégrale sur le temps de trajet du courant d'espace qui s'écoule sur les flancs du saumon excède ct, il ne progresse pas, mais recule et ne parvient jamais à l'observateur. La distance au-delà de laquelle aucun photon ne peut plus parvenir à l'observateur définit l'horizon cosmologique de cet observateur.

Une fois émis, notre photon-saumon progresse, c'est à dire que à tous les instants la distance entre lui et le futur observateur diminue. Mais bien sûr, elle diminue plus lentement que ct puisqu'en chaque instant la distance augmente d'une quantité H x d entre le photon situé à la distance d et le futur observateur. Quand d et H étaient tous les deux maximal (à l'émission) la progression était minimale. Puis peu à peu le photon-saumon a pu progresser de plus en plus efficacement vers l'observateur, car la distance d a diminué tout au long du trajet (c'est la principale raison) ainsi que le taux d'expansion.

En même temps qu'il progresse difficilement vers le futur observateur, la distance qui le sépare de sa source augmente plus vite que ct. Car en plus de la distance parcourue par les moyens propres du photons (soit ct) il faut ajouter la distance que rajoute l'expansion. Quand le photon-saumon regarde dans son rétroviseur, il voit une source qui s'éloigne de plus en plus vite de lui, quoique sa vitesse propre soit constante.

Quand il achève enfin sa glorieuse (quoique monotone) existence sur la rétine de l'observateur, il a parcouru par ses moyens propres ct = 13 Gly mais la source est bien plus éloignée que cela désormais. Cette distance réelle est ce qu'on appelle la distance comobile. C'est la distance à laquelle se trouve aujourd'hui la source, après 13 Gy d'expansion.

Le ratio entre Da la distance angulaire (à l'émission) et Dc la distance comobile (à la fin du trajet) est extrêmement simple à calculer, il est égal par définition au facteur d'expansion a0/a = 1 + z, a0 étant n'importe quelle distance mesurée aujourd'hui et a la même distance au moment de l'émission, z étant le décalage vers le rouge.

Dc = Da (1 + z)


4- Distance de luminosité
Les objets lointains nous apparaissent comme étant très proches (Da relativement petit) mais par contre ils sont beaucoup moins lumineux que ce que leur taille angulaire pourrait laisser supposer, car le photon-saumon en luttant contre le flot d'espace qui défilait sous lui, a perdu du 'gras', c'est à dire de l'énergie. Il arrive exténué à l'observateur : c'est le décalage vers le rouge z. De façon totalement équivalente, ça nous fait mesurer la température de la source du rayonnement plus froide qu'à l'émission. On définit donc une distance de luminosité Dl qui est celle qu'il faut prendre en compte pour savoir combien d'énergie va arriver au récepteur depuis la source. C'est Dl qui nous donne la magnitude de l'objet. La encore c'est très facile à calculer avec le z :

Dl = Da (1 + z)²


Ainsi, un objet qui nous parait, d'après sa taille être situé à mettons Da = 1 Gly avec un z = 6 est situé aujourd'hui à une distance de Dc = 1 Gly * (1 + 6) = 7 Gly et l'énergie qui nous en parvient est la même que s'il était situé à 1 Gly (1 + 6)² = 49 Gly.

Pour savoir quel est le temps de regard en arrière (ou temps de trajet du photon), il faut intégrer H(t) et cela dépend cette fois ci du modèle d'expansion que l'on choisit.

Un calculateur JavaScript en ligne

Un cours en pièce jointe : Homogénéité et isotropie, diverses distances, facteur d'échelle

[noureddine2]

salut , je suppose que les geodesique de l'univers va courber la lumiere et va l'obliger a rester dans l'univers .

[Gilgamesh]

salut , je suppose que les geodesique de l'univers va courber la lumiere et va l'obliger a rester dans l'univers .

Ca dépend ce qu'on appelle l'univers...

Les photons entrent et sortent de l'univers observable qui n'est pas délimité par une surface remarquable (étant lié à l'observateur). La courbure mesurée de l'univers est très faible, si non nulle. Le rayon de courbure dépasse largement l'univers observable.

Et dans le cadre inflationnaire proposé pour aborder la réalité de ce qui s'étend au delà, les distances en jeu sont tellement déraisonnables que de toute façon un photon ne peut voyager que sur une longueur finie petite, devant cette immensité, avant de voir son énergie s'éteindre sous l'effet de l'expansion.

[invite58238425]

Bonjour,

Que serait le comportement d'un photon allant exactement dans le direction de ce mur

Un photon ne "va' pas dans une direction. Et ne va pas tout simplement.

La nomenklatura des principes physiques impose une vitesse au photon, au même titre qu'elle impose une accélération à un élément soumis à un champs de pesanteur.

Pourquoi pas, suite au choix d'un référentiel particulier. (ou plus exactement, d'un référentiel appartenant au groupe amenant cette conclusion, conclusion alors prise comme base de toute investigation, base incontournable).

Il n'est pas interdit, par une source de pensée plus libérale, ouverte, de poser le principe d'un photon statique dans l'espace-temps. L'inexistence du référentiel du photon est une loi posée, imposée par qui met des limites au choix du référentiel d'étude. La physique, par son côté universel, n'exclut pas une étude plus ample, acceptant ce principe.

Cordialement.

Je viens de voir que certains mots de mon écrit étaient colorés en bleu, double-soulignés, pour faire lien avec des serveurs nuls à chier, tels que "money on ligne" ou tout ce genre de parasites nauséeux. Désolé, il n'est plus possible de s'exprimer sans être attrapé par ce genre de récupération publicitaire lamentable. Ici y compris.

[Amanuensis]

Je viens de voir que certains mots de mon écrit étaient colorés en bleu, double-soulignés, pour faire lien avec des serveurs nuls à chier, tels que "money on ligne" ou tout ce genre de parasites nauséeux. Désolé, il n'est plus possible de s'exprimer sans être attrapé par ce genre de récupération publicitaire lamentable. Ici y compris.

Je ne vois rien de tel! Suffit de "régler" son butineur, j'imagine...

[f6bes]

Je viens de voir que certains mots de mon écrit étaient colorés en bleu, double-soulignés, pour faire lien avec des serveurs nuls à chier, tels que "money on ligne" ou tout ce genre de parasites nauséeux. Désolé, il n'est plus possible de s'exprimer sans être attrapé par ce genre de récupération publicitaire lamentable. Ici y compris.

Bjr à toi,
Rien non plus ici. Faudrait penser à régler qq paramétres......anti publicitaire sur ta machine.
Bon WE

[eudea-panjclinne]

Donc, quand le photon a été émis, la source était la la distance Da de l'endroit où nous sommes. Et à ce moment là, le taux d'expansion H(t) (...) La distance au-delà de laquelle aucun photon ne peut plus parvenir à l'observateur définit l'horizon cosmologique de cet observateur.

Je n'ai pas bien compris ce passage, que représente précisément ici t (le temps, oui mais à partir de quand ?)

[stefjm]

Je ne vois rien de tel! Suffit de "régler" son butineur, j'imagine...

Bjr à toi,
Rien non plus ici. Faudrait penser à régler qq paramétres......anti publicitaire sur ta machine.

Rien de tel si l'utilisateur est connecté.

[Amanuensis]

Je n'ai pas bien compris ce passage, que représente précisément ici t (le temps, oui mais à partir de quand ?)

Le temps comobile, dans ce genre de contexte (celui sous-jacent quand on parle de "âge de l'Univers").

[invite58238425]

Bonjour,

Je ne vois rien de tel! Suffit de "régler" son butineur, j'imagine...

Bjr à toi,
Rien non plus ici. Faudrait penser à régler qq paramétres......anti publicitaire sur ta machine.
Bon WE

Rien de tel si l'utilisateur est connecté.

Merci pour ces conseils. En effet, après quelques manip, la chose n'apparaît plus. Il en reste qu'elle s'impose à qui ne s'est pas prémuni. Au final, cela m'a permis d'oser utiliser la multi-citation, et d'en découvrir la facilité. Excuses pour cet intermède hors-sujet.

Cordialement.

[invite58238425]

Bonjour,

Le temps comobile, dans ce genre de contexte (celui sous-jacent quand on parle de "âge de l'Univers").

A ce titre, existe-t-il une forme d'étude tendant à identifier la plus lointaine dissymétrie, origine de la matière? S'agit-il de la cosmologie présentée dans son ensemble, ou d'un aspect bien particulier de cette science? S'il s'agit de ce dernier cas, quel est son nom, est-ce que ça vaut le coup pour un néophyte (tel que moi) de s'y pencher, ou bien les pré-requis sont-ils si importants que seuls des élites ont une chance de pouvoir suivre?

Très cordialement.

[Gilgamesh]

Je n'ai pas bien compris ce passage, que représente précisément ici t (le temps, oui mais à partir de quand ?)

Il s'agit bien du temps comobile comme précisé par Amanuensis. C'est à dire du temps mesuré sur le chronomètre tenu par un observateur sans mouvement propre, seulement entraîné par l'expansion de la métrique, et qui a été déclenché au début du phénomène d'expansion, disons à la fin de l'inflation, quand débute le "big bang chaud".

[Gilgamesh]

Bonjour,



A ce titre, existe-t-il une forme d'étude tendant à identifier la plus lointaine dissymétrie, origine de la matière? S'agit-il de la cosmologie présentée dans son ensemble, ou d'un aspect bien particulier de cette science? S'il s'agit de ce dernier cas, quel est son nom, est-ce que ça vaut le coup pour un néophyte (tel que moi) de s'y pencher, ou bien les pré-requis sont-ils si importants que seuls des élites ont une chance de pouvoir suivre?

Très cordialement.

Si tu veux parler de la dissymétrie matière/antimatière, j'en parle ici, avec quelque lien consultable (dont le dossier Futura) :
http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5208208

[eudea-panjclinne]

C'est à dire du temps mesuré sur le chronomètre tenu par un observateur sans mouvement propre, seulement entraîné par l'expansion de la métrique, et qui a été déclenché au début du phénomène d'expansion, disons à la fin de l'inflation, quand débute le "big bang chaud".

C'est clair. Merci pour avoir pris le temps de nous expliquer de façon didactique et en détail big-bang et expansion.