Réflexions sur la gravité

[invited7f57c08]

Bonjour à tous,

C'est mon premier message sur ce forum et j'espère ne pas aborder une question qui a déjà été débattue à maintes reprises. Mais je ne pense pas car malgré mes nombreuses lectures sur le sujet, je n'ai jamais vu le problème abordé directement de cette manière.

En fait, j'essaie juste de me faire une image mentale cohérente sur la gravité, mais le début de ma réflexion repose sur une question simple, que je vais essayer d'exposer de manière pas trop compliquée:

1) L'univers est en d'expansion depuis le bang. Sa taille augmente et il y a donc création d'espace. La responsable de cette expansion est la contante cosmologique/énergie noire/champ de Higg/gravité négative (j'en ai oublié ?), et c'est donc elle qui directement ou indirectement "fabrique" de l'espace nouveau.

2) Si la constante cosmologique était nulle et la densité de matière suffisante, on irait un jour ou l'autre vers un Big Crunch. Il y a aurait donc diminution de la taille de l'univers due à la matière/gravité suffisante, et la gravité peut donc être vue comme la cause de la réduction de l'univers et donc de la quantité d'espace.

Question (enfin!): je voudrais savoir si l'on peut vraiment voir la gravité comme un phénomène qui absorbe, qui détruit l'espace qui l'environne. Je parle bien sûr uniquement d'espace, et pas de matière ou d'énergie. Mais est ce une bonne vision des choses de considérer que la gravité "détruit" l'espace qui l'entoure. Est ce que les physiciens qui travaillent sur la RG peuvent avoir cette image là du monde. Avec une énergie noire qui crée de l'espace nouveau (expansion de l'univers) et la gravité qui au contraire supprime cet espace (réduction de l'univers).

Voilà, c'est juste le tout début de ma réflexion, mais inutile d'aller plus loin si je me trompe complètement. Merci d'avance pour vos avis.

[invite8c514936]

La responsable de cette expansion est la contante cosmologique/énergie noire/champ de Higg/gravité négative

Non ! la constante cosmologique/etc. n'est responsable que de l'accélération de l'expansion, pas de l'expansion elle-même !

la gravité peut donc être vue comme la cause de la réduction de l'univers et donc de la quantité d'espace.

Même chose ! Même sans gravité, il peut y avoir expansion !

Du coup la question devient sans objet, j'ai l'impression...

[invited7f57c08]

Merci pour ta réponse rapide, Deep_turtle...

la gravité peut donc être vue comme la cause de la réduction de l'univers et donc de la quantité d'espace

Même chose ! Même sans gravité, il peut y avoir expansion !

Tu voulais sûrement dire "réduction" plutôt que "expansion", puisque ma phrase parlait de réduction. Je ne vois pas bien comment il pourrait y avoir réduction de l'univers, et donc Big Crunch sans gravité/matière puisque c'est justement la densité de matière qui détermine le destin de l'univers. Avec une densité nulle, comment pourrait il y avoir réduction ?

(Si c'est vraiment expansion que tu voulais dire, alors oui il n'y a pas de doute, je suis d'accord)

Du coup la question devient sans objet, j'ai l'impression...

En fait ma question porte surtout sur la destruction de l'espace due à la gravité, pas trop sur la constante cosmologique.

[invited7f57c08]

Non ! la constante cosmologique/etc. n'est responsable que de l'accélération de l'expansion, pas de l'expansion elle-même !

L'expansion ne peut de toute manière être qu'accélérée ou décélérée. L'hypothèse d'une expansion constante semble être aussi peu viable que celle d'un univers de taille constante comme l'univers d'Einstein (qui n'en est qu'un cas particulier avec une expansion constante nulle). Donc, quand je parlais d'expansion, c'était de l'expansion comme on la connait aujourd'hui: décélérée pendant les premiers 7 milliards d'années suivant l'inflation, et accélérée ensuite.

Je pense qu'on ne peut donc pas séparer les concepts d'expansion d'une part et d'accélération(ou décélération) de l'expansion d'autre part. Donc, ma question reste entière et je la reformule: l'énergie noire est elle responsable de la création accélérée (ou décélérée) d'espace nouveau.

Mais le coeur de ma question est bien en fait à propos de ce phénomène de création/destruction d'espace par la gravité et ce qui semble être son complément (mais comme cette gravité négative n'est encore malgré tout qu'une hypothèse, c'est plutôt à la gravité que je m'intéresse dans ce post).

J'espère avoir un peu éclairci mes propos.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8c514936]

Tu voulais sûrement dire "réduction" plutôt que "expansion"

Non, je voulais dire ce que j'ai écrit.

L'expansion ne peut de toute manière être qu'accélérée ou décélérée. L'hypothèse d'une expansion constante semble être aussi peu viable que celle d'un univers de taille constante comme l'univers d'Einstein

Bah si on s'appuie sur la relativité générale, oui, mais d'un point de vue purement phénoménologique non. On pourrait imagine que les équations de la cosmologie donnent une expansion constante, pour une raison fondamentale.

Je pense qu'on ne peut donc pas séparer les concepts d'expansion d'une part et d'accélération(ou décélération) de l'expansion d'autre part.

Et tu fondes cette conviction sur quels arguments ?

Mais le coeur de ma question est bien en fait à propos de ce phénomène de création/destruction d'espace par la gravité

La notion de "création d'espace" demanderait à être clarifiée, mais de toutes façons je rerépète : non la gravité n'est pas nécessaire pour qu'il y ait expansion. Dit autrement, tu prends les équations de la relativité générale appliquées à notre univers et tu pose égale à zéro la constante de la gravitation G, tu vas encore trouver que l'univers peut s'expandre ou se contracter. En mettant une constante cosmologique et de la courbure, tu peux même arriver à des histoires cosmiques intéressantes !

[invite8c514936]

Je développe un peu ma phrase,

La notion de "création d'espace" demanderait à être clarifiée,

je sais pas si ça clarifiera mais ça précise en tout cas :

Ce n'est pas parce que la valeur d'une quantité physique(ici le volume) augmente au cours du temps que quelque chose a été créé. On peut en gros séparer les quantités physiques en
- quantités extensives, pour lesquelles c'est le cas,
- quantités intensives, pour lesquelles ce n'est pas le cas.

Par exemple, la pression et la température sont des grandeurs intensives, et même si la température d'un système augmente en passant de T1 à T2, on ne peut pas dire qu'une température T2-T1 a été créé entre ces deux états !

Dans un sens, c'est un peu ce qui se passe avec le facteur d'échelle en cosmologie, celui qui décrit l'expansion. Le volume physique d'une région de l'espace est égal au facteur d'échelle au cube, multiplié par un volume "comobile", dont la valeur ne change pas au cours de l'expansion. C'est ce volume comobile qui est extensif et le facteur d'échelle ressemble plus à une grandeur intensive. Attention, je ne veux pas donner un sens thermodynamique rigoureux à tout ça, c'est just pour essayer de te faire sentir le fait que "augmentation" ne signifie pas "création"...

[invited7f57c08]

C'est ce volume comobile qui est extensif et le facteur d'échelle ressemble plus à une grandeur intensive.

Je n'arrive justement pas à être d'accord avec ça.

Si x est la distance comobile entre deux objets à l'instant t et que ces deux objets n'ont pas de vitesse relative dans l'espace l'un par rapport à l'autre, alors à l'instant t+dt, la distance réelle mesurable entre les deux objets est bien x+dx. Ou je rêve ?

Si x = 1 mètre entre les deux objets, on peut mettre une règle d'un mètre pour mesurer la distance de ces deux objets à l'instant t. A un instant postérieur t+dt, on doit pouvoir se rendre compte qu'il faut un règle un peu plus longue, donc contenant plus de matière, plus d'atomes, pour mesurer la distance entre ces deux objets. Cette matière supllémenatire n'est pas intensive. Il faut bien de l'espace réel pour l'acceuillir. Donc il y a bien création d'espace nouveau.

Ou est ce que ça bloque ? Pourquoi ne peut on pas franchir le pas entre ces deux notions d'augmentation et de création de l'espace ?

[invite8c514936]

Si x est la distance comobile entre deux objets à l'instant t et que ces deux objets n'ont pas de vitesse relative dans l'espace l'un par rapport à l'autre, alors à l'instant t+dt, la distance réelle mesurable entre les deux objets est bien x+dx. Ou je rêve ?

C'est là le problème en effet. La distance physique R est reliée à la distance comobile x par

où a(t) désigne le facteur d'échelle. Pour des objets immobiles, au temps suivant

mais x est le même, par définition de la distance comobile !

Les observations les plus récentes de notre univers semblent impliquer un taux d'expansion H assez simple de la forme:

H² = (8πG/3c²) d

avec d la densité d'énergie. Donc, G = 0 => H = 0 => pas d'expansion

ça, ce sont les équations avec une courbure nulle. L'équation complète s'écrit

où le dernier terme décrit la courbure. Avec G = 0, H peut être non nul...

D'une part sur les équations de Friedmann liées à l'accélération:
d²a/dt² = 1/a(1-cos n)
où a est le rayon de l'univers. l'accélération ne peut donc pas être nulle.

Même remarque, cette équation n'est valable que pour un univers dominé par la matière, et encore, seulement dans le cas où la densité est inférieure à la densité critique !

[invited7f57c08]

C'est là le problème en effet. La distance physique R est reliée à la distance comobile x par

où a(t) désigne le facteur d'échelle. Pour des objets immobiles, au temps suivant

mais x est le même, par définition de la distance comobile !

Mais justement, je parle de la distance ordinaire et pas de la distance comobile. Et elle augmente elle, cette distance réelle, puisque le facteur d'échelle augmente.

Je ne vois pas du tout ou tu veux en venir. Tu ne serais quand même pas en train de me dire que tu considères la distance réelle comme une illusion, et que seule la distance comobile compte ? Parce que depuis le début de l'univers, la distance réelle a eu le temp de bien augmenter quand même, alors que la comobile est restée petite comparativement. Et dans cet espace supplémentaire, on peut y mettre des choses. Si on voyage en fusée, c'est bien l'espace ordinaire/réel que l'on traverse et qui "supporte" la fusée à chaque instant, pas l'espace comobile.

Je ne sais plus bien comment formuler ma question qui pourtant à moi me parait simple. On va dire:

Est ce qu'il y a plus d'espace réel aujourd'hui qu'à la fin de l'inflation il y a 13,7 milliards d'année ? J'appelle espace réel un volume pouvant simplement contenir de l'energie/matière.

[inviteca4b3353]

Est ce qu'il y a plus d'espace réel aujourd'hui qu'à la fin de l'inflation il y a 13,7 milliards d'année ? J'appelle espace réel un volume pouvant simplement contenir de l'energie/matière.

Ben oui, c'est meme pour cela qu'on parle d'expansion.

[invited7f57c08]

Ben oui, c'est meme pour cela qu'on parle d'expansion.

Merci Karibou de participer, et de faire remarquer que ma question était triviale. J'essayais juste de trouver un point de départ capable de mettre tout le monde d'accord. Alors que penses tu de l'étape suivante (n'allons pas trop vite):

expansion => d'avantage d'espace => création d'espace nouveau par l'énergie noire

contraction => diminution de l'espace => absorbtion/destruction de l'espace par la gravité

[inviteca4b3353]

expansion => d'avantage d'espace => création d'espace nouveau par l'énergie noire

Je fais seulement l'écho de deep en te rappelant que l'énergie noire est cause de l'accélération de l'expansion, pas de l'expansion elle-meme.

[invited7f57c08]

Non, je voulais dire ce que j'ai écrit.

Je pense qu'on ne peut donc pas séparer les concepts d'expansion d'une part et d'accélération(ou décélération) de l'expansion d'autre part.

Et tu fondes cette conviction sur quels arguments ?

D'une part sur les équations de Friedmann liées à l'accélération:
d²a/dt² = 1/a(1-cos n)
où a est le rayon de l'univers. l'accélération ne peut donc pas être nulle.

Mais sans même se lancer dans les calculs, on sait bien qu'Einstein a été obligé de rajouter une accélération négative exactement opposée à l'accélération naturelle de l'univers, afin d'obtenir le modèle d'univers stable dont il avait envie. Je pense donc que l'accélération/décélération est naturelle. Et je n'ai d'ailleurs jamais rien lu sur un modèle avec expansion non accélérée. Mais peut-être peux tu me citer un exemple ?

Dit autrement, tu prends les équations de la relativité générale appliquées à notre univers et tu pose égale à zéro la constante de la gravitation G, tu vas encore trouver que l'univers peut s'expandre ou se contracter

Les observations les plus récentes de notre univers semblent impliquer un taux d'expansion H assez simple de la forme:

H² = (8πG/3c²) d

avec d la densité d'énergie. Donc, G = 0 => H = 0 => pas d'expansion. Peut être peut on construire des univers bizarres sans matière et avec une expansion, mais ce qui m'interresse, c'est de coller au plus prêt de notre univers à nous dans l'état actuel le plus avancé de nos connaissances.

[invite8c514936]

PS :

En fait, j'essaie juste de me faire une image mentale cohérente sur la gravité

Pourquoi démarres-tu par des considérations cosmologiques ? C'est a priori plus simple de se faire une idée en commençant par la métrique de Schwartzchild, par exemple, non ?