Exploitation de l'expansion de l'univers

[Rrixdeturcan]

Bonjour à tous,

Je souhaiterais soumettre une expérience de pensée concernant l'exploitation énergétique de l’expansion de l'univers.

Partons du principe que l'univers est en expansion, et donc que tout point de l'espace tend à voir sa distance avec le reste de l'univers augmenter.
Imaginons que nous sommes capable de positionner dans l'espace deux objets.
Relions maintenant ces deux objets par un système mécanique qui fasse qu'un changement de position de l'un par rapport à l'autre actionne une roue.

Quelle énergie pourrait-on récupérer depuis cette roue imaginaire ?

On a bien un changement de la distance entre deux objets, on peut donc en définir une énergie potentielle qui croit dans le temps.
Avec le système mécanique, cette énergie est récupérable.



Je vois un contre argument qui ne me semble pas valable :
Le système mécanique subit aussi l’expansion de l'univers dans toute ses constituantes, il ne verra donc rien comme déplacement.

Mais en fait non, car les forces moléculaires liant ce mécanisme vont aller contrer la "force" issue de l'expansion de l'univers.




j'espère avoir été assez clair et que vous comprendrez ce que j'essaye d'exprimer.
Qu'en pensez-vous ?


Merci d'avance
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[Deedee81]

Salut,

EDIT : bienvenue sur Futura. Et bonne fin de journée, je dois partir

Oui, en principe ça marcherait. La quantité d'énergie récupérée dépendrait de la distance entre les deux extrémités et de la masse des deux extrémités (empêcher l'expansion d'un petit pois serait facile et ne donnerait pas beaucoup d'énergie).

Mais en pratique, c'est irréaliste à cause de la distance. Je ne suis même pas sûr que ce soit possible même en théorie car un système mécanique aussi long serait tellement élastique (la rigidité infinie n'existant pas et ne pouvant pas exister) qu'il ne ralentirait rien du tout.

[Rrixdeturcan]

Merci pour l’accueil


Et donc, pour rebondir sur ton message, la taille moyenne que l'on constate des galaxies est la taille pour laquelle la gravité ne peut plus contrebalancer l'expansion de l'univers ?
(Et donc que au delà de cette taille, en moyenne, les objets ne seront pas assez attirés par la galaxies et s'en éloigneront donc).


Est-ce que ce serait donc cet effet qui donnerait au galaxies leurs allures "en bras de spirales qui pointent vers la tangente" ?


edit : Cela me fait penser que les objets dans une galaxie sont principalement liés à la gravité. Or, si l'on augmente la distance relative de deux objets soumis mutuellement à la gravité, sans changer leur vitesse, ils vont se rapprocher et se stabiliser sur une nouvelle orbite de rayon plus grand (conservation de l'énergie en considérant qu'il n'y a pas d'expansion après l'augmentation de la distance).

Donc : Pourquoi les galaxies ne se disloquent-elles pas ?

[papy-alain]

Au sein des galaxies, l'expansion est annulée par la gravitation.
Et même plus : même au sein des grands amas galactiques, il n'y a pas d'expansion non plus.
Pour que ton système puisse fonctionner, il faudrait donc le placer (très) loin de tout amas, dans un grand espace où presque aucune interaction gravitationnelle n'existe.
Le problème est que pour le transporter aussi loin, il te faudra plusieurs dizaines de millions d'années, voire beaucoup plus.
Après, pour qu'il y ait un effet mesurable, il faudrait que les deux extrémités de ta "machine" soient distants de l'un de l'autre de plusieurs centaines d'années-lumière.
Bref, irréalisable en pratique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Rrixdeturcan]

Mhhh, je ne suis pas d'accord avec toi sur le point où l'expansion est annulée par la gravitation (cf mon edit plus haut).

On devrait voir la taille des galaxies croître puis se disloquer lorsque les forces de gravités ne sont plus assez fortes pour maintenir la cohésion (l'énergie mécanique totale augmente dans le temps du fait de l'expansion).


Aussi, tu annonces beaucoup d'ordre de grandeur. Sur quelle chiffre de l'expansion de l'univers tu te bases pour affirmer qu'il faille "des millions d'années", "des distances plus lointaine que les amas de galaxie" ? (je n'en ai pas trouvé après une recherche rapide)

C'était ce que je sous-entendais dans mon premier post ^^ Quelle est la valeur de l'expansion de l'univers ?
Connaissant ces chiffres, on peut en déduire quel serait la taille de ce mécanisme (qui je rappelle est imaginaire hein )

[Amanuensis]

L'expansion, c'est la divergence entre trajectoires de chute libre.

La question est équivalente (dans le principe, pas dans les échelles) à chercher à récupérer de l'énergie en prenant deux masses en chute verticale l'une au-dessus de l'autre et utiliser le fait qu'elles s'éloignent l'une de l'autre si la chute est libre.

Une "application" est la rupture d'objets sous la limite de Roche, ce qui laisse penser qu'il doit y avoir moyen de récupérer de l'énergie (qui serait alors une portion de l'énergie potentielle de pesanteur). Serait intéressant de proposer un dispositif pour une chute vers la Terre entre objets distants de quelques mètres ou dizaines de mètres, cela devrait être légèrement plus facile à concervoir techniquement qu'entre galaxies distantes de quelques milliards d'années-lumière.

[ansset]

valeur du taux actuel l'expansion : 75km/s/Mparsec.
1 Mparsec =10^6 parsecs = 3,2816 10^6 AL.

[Amanuensis]

Donc : Pourquoi les galaxies ne se disloquent-elles pas ?

Là encore, à comparer avec la limite de Roche: la Lune ne se disloque pas là où elle est, mais sous la limite de Roche elle le ferait. (Mais un objet de petite masse, un satellite artificiel par exemple, est suffisamment petit en taille pour que l'effet soit négligeable devant la résistance mécanique de sa structure.)

En d'autres termes, l'attraction mutuelle entre étoiles (et autres) constituant une galaxie est suffisamment forte pour éviter la dislocation.

[papy-alain]

Ce qui est observé, c'est que les galaxies ne se disloquent pas. Si c'était le cas, il y a longtemps qu'elles n'existeraient plus.
Après, pour sortir d'un amas galactique comme le nôtre pour s'affranchir de toute interaction, il faudrait couvrir une distance de plusieurs dizaines de millions d'al. Il faut bien se rendre compte des distances en de ces objets : la Voie Lactée a un diamètre d'environ 100.000 années-lumière.
La grosse galaxie la plus proche de nous (Andromède) est à 2,5 millions d'al.
Ceci rien que pour situer les notions de distances.
Après, pour la taille de l'engin lui-même, je reconnais un peu avoir exagéré.
Un petite taille de 2 milliards de km devrait suffire pour mesurer une vitesse d'éloignement de 1 m/s.

[Rrixdeturcan]

amanuensis, ce n'est pas ce que je voulais dire.

Mon raisonnement est le suivant :
- Prenons une "galaxie" formée d'uniquement deux étoiles de même masse. Elles commencent en orbite circulaire à une certaine distance.
- Générons un peu d'expansion de l'univers : La distance entre les deux étoiles va augmenter, mais leur vitesse propre ne change pas.
- Un régime transitoire va se créer où les étoiles vont se rapprocher un peu et gagner en vitesse, jusqu'à se stabiliser (admettons) à une orbite.
- L'orbite finale est plus grande que l'orbite initiale, car l'énergie totale est plus grande après expansion.

- On répète tout ça jusqu'à que l'orbite devienne divergente (car les étoiles seront trop éloignées)


Pour une galaxie constituée de multiples étoiles, d'après ce raisonnement, on devrait voir les étoiles s'éloigner puis se disperser dans l'espace, mais il n'en est rien !


En quoi mon raisonnement est faux ?

(Est-ce dû à la matière noire ?)

[ansset]

Un petite taille de 2 milliards de km devrait suffire pour mesurer une vitesse d'éloignement de 1 m/s.

non, sauf erreur, l'ordre de grandeur est plutôt d'environ 20 mm/s /AL de distance.

[Gilgamesh]

- Générons un peu d'expansion de l'univers : La distance entre les deux étoiles va augmenter

Non, parce qu'il s'agit d'un système lié.

Repost : imaginons une particule-test à la distance R d'une masse M. Sa vitesse de chute libre est :



Le flot de Hubble (l'expansion) l’entraîne dans l'autre sens à la vitesse :



Le flot de Hubble devient supérieur à la vitesse de chute libre dès lors que :



Cela sépare l'univers en deux parties du point de vue de la masse centrale : tout ce qui est en deçà de R se rapproche de plus en plus, tout ce qui est au delà s'éloigne de plus en plus.

Imaginons maintenant que la masse soit répartie uniformément dans un volume sphérique V de rayon R:



sous la forme d'un gaz homogène de densité ρ. La vitesse de chute libre devient :



et le "flot de Hubble" égale et dépasse v pour :


On retrouve par un raisonnement purement classique l'expression de la densité critique de l'Univers.

[Rrixdeturcan]

Merci pour ta réponse détaillée Gilgamesh


Je comprend tout à fait ton raisonnement : Prenons un gaz initialement immobile sous forme sphérique, toute partie ayant un rayon supérieur à celui que tu as présenté s'éloignera du reste du gaz du fait de l’expansion de l'univers.


Cependant, il y a une hypothèse que tu as il me semble omis de présenté, et que je n'ai pas faites dans mon raisonnement (tu as donc en partie invalidé mon raisonnement dans ce cas précis) :
Tu supposes que le moment angulaire du gaz est nul.

Or il est quasi impossible de retrouver ce cas de figure en vrai, car cela supposerait que le gaz s'effondrerait sur lui-même, ce qui générerait des frictions entre les particules du gaz et donc du moment angulaire.
Il me semble qu'il n'existe pas d'étoile qui ne soit pas en rotation sur elle même je me trompe ? Cela me semble impossible pour cette raison d'effondrement de la matière.


Du coup, si l'on reprend ton raisonnement, mais que l'on y rajoute un moment angulaire propre au nuage, l'expression de ta vitesse du flot de hubble se fait dans l'axe longitudinal au centre du nuage de gaz et d'une particule du gaz (vu que toute particule s'éloigne uniformément les unes des autres).
Le moment angulaire propre à ce nuage génère des vitesses de rotation instantanées orthogonales (la vitesse de chute libre).

A partir de ce moment là, les deux vitesses étant sur des axes différents, même pour un rayon inférieur, les particules devraient suivre un mouvement de spirale divergent, et lorsque le rayon que tu as présenté est dépassé, converger vers un mouvement en ligne droite.

Est-ce correct ?
Qu'en pensez-vous ?

[Gilgamesh]

Du coup, si l'on reprend ton raisonnement, mais que l'on y rajoute un moment angulaire propre au nuage, l'expression de ta vitesse du flot de hubble se fait dans l'axe longitudinal au centre du nuage de gaz et d'une particule du gaz (vu que toute particule s'éloigne uniformément les unes des autres).
Le moment angulaire propre à ce nuage génère des vitesses de rotation instantanées orthogonales (la vitesse de chute libre).

A partir de ce moment là, les deux vitesses étant sur des axes différents, même pour un rayon inférieur, les particules devraient suivre un mouvement de spirale divergent, et lorsque le rayon que tu as présenté est dépassé, converger vers un mouvement en ligne droite.

Est-ce correct ?
Qu'en pensez-vous ?

Sur le principe, la particule qui se dirige vers le centre suit une spirale qui l'amène à l'équateur (le résultat d'un effondrement gravitationnel est en général un disque) et si elle dépasse la limite, elle garde sa vitesse tangentielle, à laquelle s'ajoute une vitesse radiale.

[Mailou75]

Salut,

Au sein des galaxies, l'expansion est annulée par la gravitation.

Et la force centrifuge est "annulée" par la matiere noire... c'est beau la physique speculative

Sur quelle chiffre de l'expansion de l'univers tu te bases pour affirmer qu'il faille "des millions d'années", "des distances plus lointaine que les amas de galaxie" ? (je n'en ai pas trouvé après une recherche rapide)

Andromede est a 2 millions d'annees lumiere et elle se rapproche de la voie lactee, donc c'est au moins plus
et si on parle d'amas c'est qu'on observe des entités treees etendues qui ne subissent pas l'expansion.

On retrouve par un raisonnement purement classique l'expression de la densité critique de l'Univers.

Je trouve ca plutot inquiétant...
Est ce que le calcul tient compte de toute la matiere qui se trouve au dela de la sphere dont tu parles ?
En quoi considerer une portion spherique d'univers primordial justifie qu'il y aurait effondrement vers le centre?
(j'ai tendance a penser qu'il y a bien pkus de matiere au dela de la sphere que dedans.. que la matiere devrait au contraire etre attirée vers "l'exterieur" la ou il y a le plus de masse, peut etre une masse infinie..)
Et la vitesse v dont tu parles c'est une vitesse par rapport a quoi ? le centre virtuel ?
L'autre solution est qu'on a decouvert que l'univers etait spherique, la source stp!
Te fache pas tout vert hein

A bientot
Mailou

[Rrixdeturcan]

Désolé de te contredire Gilgamesh, mais une particule dont le vecteur vitesse est pointé vers le centre de gravité ne va pas suivre un mouvement spirale. Elle va tomber en ligne droite.
Par contre, s'il y a des sources de forces extérieures (frictions/poussée/etc) là je suis d'accord, mais c'est parce que la particule aura gagné un moment angulaire par rapport au centre.


Nonobstant, personne n'a d'explication sur pourquoi mon raisonnement est faux ?

Après, je pense que Maillou75 apporte une réponse à la question :
La Voie Lactée fait 100.000 année lumière de diamètre. Andromède est 20 fois plus éloigné mais se rapproche quand même de la Voie Lactée.
Donc l'importance de l'expansion de l'univers serait beaucoup plus faible que la gravité dans les distances d'une galaxie.

Du coup, mon raisonnement serait quand même correct, mais les galaxies s'écartent de manière très négligeables (elles gagnent une quantité d’énergie très faible, ce qui fait que leur diamètre n'augmente que de façon négligeable).


Cependant, j'ai quand même un doute concernant le message de Maillou75 : Cela dépend également de la quantité de mouvement linéaire d'Andromède.
Celle-ci se rapproche peut être trop vite pour que l'expansion de l'univers ait un rôle dans son déplacement relatif par rapport à nous. Mais ça n'en implique pas que cette expansion ne produit pas l'effet que j'ai décrit que de façon négligeable.

[Mailou75]

Salut,

Cependant, j'ai quand même un doute concernant le message de Maillou75 (...)

Tu fais bien
(il faut toujours douter et particulierement de mes messages, je ne fais pas partie des sachants ici...)

Wiki te dis qu'Andromede se rapproche de la voie lactee a 120km/s
Si on suppose que l'expansion agit, estimons la selon la formule v=Hd (Hubble)
(pour d=13,7Gal on trouve v~c) pour d=2Mal on trouve v=0,000000073c~0,022km/s
alors peut etre qu'Andromede ne se rapproche qu'à 119,978km/s, mais comment dire...

[Mailou75]

ah non pardon, pour d=2Mal on trouve v=0,00015c~43,8km/s en fait ce n'est pas negligeable devant 120km/s...