2 questions sur l'expansion de l'univers

[EspritTordu]

Bonjour,

Voici deux questions que je me pose sur l'expansion de l'univers:

1. A l'échelle de l'électron, la force gravitationnelle ne fait pas le poids contre les forces électromagnétiques, c'est pourquoi les électrons d'un fil conducteurs grimpent sans problème, ici la force gravitationnelle est à cette échelle négligeable et probablement invisible pour les électrons, n'est-ce pas? Pour autant, elle existe toujours.
Aussi, autour de la Terre, la gravitation l'emporte et l'expansion n'est visible qu'au loin, au delà des frontières des galaxies qui ne sont pas déformées par l'expansion.
Cette force d'expansion reste-t-elle existante ici sur Terre, dans la galaxie mais si négligeable qu'on ne la détecte pas? Cela signifie-t-il que la perception de la gravitation que l'on se fait est erronée puisque entachée d'expansion? Au fond y-a-t-il bien élargissement de la galaxie?

2. L'expansion est -elle perçue comme régulière, symétrique? A-t-elle un centre ainsi?

Merci d'avance pour votre aide.

[invite88ef51f0]

Salut,

L'expansion n'a lieu qu'à grande échelle. À petite échelle, les objets sont totalement détachés de l'expansion. C'est comme si tu collais des pièces sur un ballon et que tu gonfles le ballon. Les pièces gardent la même taille, ce n'est que la distance entre les pièces qui augmente. Dans l'Univers, les amas de galaxies jouent le rôle des pièces.

L'expansion est symétrique : elle a eu de la même façon dans toutes les directions. Le "centre de l'expansion" est l'observateur : il verra tous les objets lointains le fuir. Mais c'est vrai de n'importe quel observateur. Dans l'exemple du ballon, n'importe quelle pièce à la surface du ballon verra les autres s'éloigner, trahissant l'expansion de la surface du ballon.

[Gilgamesh]

Bonjour,

Voici deux questions que je me pose sur l'expansion de l'univers:
(...)

2. L'expansion est -elle perçue comme régulière, symétrique? A-t-elle un centre ainsi?

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) :

explosion nord.png


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

explosion sud.png

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 :
expansion nord.png

Vue de l'univers, en direction du Sud
expansion sud.png


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


a+

[invitef34185c4]

Merci Gilgamesh,
pour continuer dans la vulgarisation, je comprends à la lecture de ton explication qu'il est plus juste quand on parle du big bang de se représenter la dilatation vers l'infini (ou pas) d'un point initial, et non d'une explosion ayant un point initial comme on le représente souvent.
C'est juste ?

Mais encore :

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

Celà veut dire que la vitesse d'expansion, bien que constante, temps à faire accélerer la distance entre les galaxie de façon exponentielle ?

Pour tenter de la représenter graphiquement, c'est comme si j'avais un ensemble de case blanche 4x4, que je représente l'expansion par des cases noires que j'intercale entre celles-ci pour obtenir un pseudo-échiquier de 7x7 ?
Et ainsi de suite :
7x7 : 12x12 : 22x22 : 42x42 etc...
Avec la taille des cases ajoutées représentant la force de l'expansion (si celle-ci est constante elle diminueraient ou augmenteraient de taille).
??

Je doit me tromper sinon l'augmentation de la vitesse étant exponentielle elle tends vers l'infini. Or la vitesse maximale possible n'est pas infinie mais est égale à la vitesse de la lumière.

Dites moi où je me trompe.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Merci Gilgamesh,
pour continuer dans la vulgarisation, je comprends à la lecture de ton explication qu'il est plus juste quand on parle du big bang de se représenter la dilatation vers l'infini (ou pas) d'un point initial, et non d'une explosion ayant un point initial comme on le représente souvent.
C'est juste ?

Oui, l'image est correcte. Tu peux évangéliser avec ça

Mais encore :

Celà veut dire que la vitesse d'expansion, bien que constante, temps à faire accélerer la distance entre les galaxie de façon exponentielle ?

Pour tenter de la représenter graphiquement, c'est comme si j'avais un ensemble de case blanche 4x4, que je représente l'expansion par des cases noires que j'intercale entre celles-ci pour obtenir un pseudo-échiquier de 7x7 ?
Et ainsi de suite :
7x7 : 12x12 : 22x22 : 42x42 etc...
Avec la taille des cases ajoutées représentant la force de l'expansion (si celle-ci est constante elle diminueraient ou augmenteraient de taille).
??

Il n'y a pas de force d'expansion. La distance augmente, mais les objets comobiles (nous...) ne sont soumis à aucune accélération, ce qui serait le cas s'ils étaient soumis à une force (F = ma).

La distance augmente, c'est tout.

Et v = Hd est toujours valable, à ceci près que H augmente avec la distance (ou plus exactement, il commence par diminuer, vu que l'Univers c'est mis à accéléré, puis augmente pour tendre vers +oo quand on s'approche de t=0).
Il faudrait donc écrire v=H(t).d

Je doit me tromper sinon l'augmentation de la vitesse étant exponentielle elle tends vers l'infini. Or la vitesse maximale possible n'est pas infinie mais est égale à la vitesse de la lumière.

Dites moi où je me trompe.

...mais pour simplifier, disons que H = cte, quel que soit l'âge cosmique.

Non, tu ne te trompe pas. La relation v=Hd reste toujours valable et quand v atteint c, et bien le redshift atteind plus l'infini et on ne reçoit plus aucune énergie (ni lumière, ni autre) de l'objet. Il est en dehors de l'horizon cosmologique. Autrement dit, dans un régime d'expansion, l'univers visible est forcément fini. Une sorte de censure cosmique sur nos fantasme d'infini, en quelque sorte...

Et c'est a fortiori encore plus vrai quand H->+oo quand l'Univers est jeune.

a+

[Gilgamesh]

J'ai essayé de me fendre de joulis schémas aussi sur ce fil, je pense que ça complète bien ce que je viens d'essayer de t'expliquer.

http://forums.futura-sciences.com/thread227257.html

a+

[inviteb69fb0b4]

bonjour,
2 questions aussi :
1)l'inflation est elle un phenomene physiquement identique à l'expansion (notament pour l'acceleration nulle des objets comobiles)?
2)si on se fixe un objet observé à une distance donné comme etalon (disons 1gly) et qu'on trace un graphique de la vitesse d'evasion de cet objet depuis t=0 à t=now, qu'obtient t'on?

merci

[Deedee81]

Bonjour,

1)l'inflation est elle un phenomene physiquement identique à l'expansion (notament pour l'acceleration nulle des objets comobiles)?

Oui.

2)si on se fixe un objet observé à une distance donné comme etalon (disons 1gly) et qu'on trace un graphique de la vitesse d'evasion de cet objet depuis t=0 à t=now, qu'obtient t'on?

Comment définis-tu la vitesse d'évasion dans ce cas ? (difficile de s'évader l'univers)

Pour le reste, on peut définir un tas de graphique de ce style mais cela dépend du modèle (et pas seulement de l'inflation). Rien que sur wikipedia tu trouveras beaucoup de chose intéressantes : http://fr.wikipedia.org/wiki/Big_Bang (et liens en bas)

[EspritTordu]

À petite échelle, les objets sont totalement détachés de l'expansion

Totalement? elle est infime, mais elle est là, sur les orbites des satellites, non (dans la mesure que je suis sur le sol terrestre) ?

Si on regarde deux galaxies au loin: doit-on conclure que les galaxies s'éloigne l'une de d'autre, mais dès qu'on arrive aux contours de la galaxie, il n'y a plus d'effet? Etrange, non? La galaxie est bien composée d'objets indépendants aussi?

La gravitation peut elle être définie comme une réaction à l'expansion?

[Deedee81]

Salut,

Totalement? elle est infime, mais elle est là, sur les orbites des satellites, non (dans la mesure que je suis sur le sol terrestre) ?

Non.

Notons d'ailleurs que même Andromède s'approche de nous (et ne s'éloigne pas). Et c'est quand même un peu plus grand que les orbites de satellite

L'expansion ce n'est pas quelque chose qui "pousse" les galaxies (je ne me prononce pas sur l'accélération de l'expansion, en fait personne n'en sait rien là). Si un objet reste ne fut-ce qu'un instant à distance constante (orbite) il le reste (sauf perturbation extérieure) indéfiniment. Expansion ou pas.

Si on regarde deux galaxies au loin: doit-on conclure que les galaxies s'éloigne l'une de d'autre, mais dès qu'on arrive aux contours de la galaxie, il n'y a plus d'effet?

Je ne suis pas sur de ce que signifie cette phrase.

Etrange, non? La galaxie est bien composée d'objets indépendants aussi?

Non. Ils sont liés gravitationnellement.

La gravitation peut elle être définie comme une réaction à l'expansion?

Non plus.

[Gilgamesh]

Totalement? elle est infime, mais elle est là, sur les orbites des satellites, non (dans la mesure que je suis sur le sol terrestre) ?

Si on regarde deux galaxies au loin: doit-on conclure que les galaxies s'éloigne l'une de d'autre, mais dès qu'on arrive aux contours de la galaxie, il n'y a plus d'effet? Etrange, non? La galaxie est bien composée d'objets indépendants aussi?

La gravitation peut elle être définie comme une réaction à l'expansion?

Avec un H de ~ 72 km/s/Mpc, pour que le flot de Hubble l'emporte sur la gravité il faut arriver à des échelles de l'ordre de la dizaine de millions de parsec. Le Groupe Local (la Galaxie, Andromède plus une dizaine de galaxies naines) sont donc inséparables au taux actuel de l'expansion.



a+

[EspritTordu]

le flot de Hubble l'emporte sur la gravité

ah ! donc le phénomène d'expansion ou plutôt la cause existe donc bien sur les orbites des satellites, et dans le groupe local ; juste que son influence est invisible, c'est cela? Cela remet en cause la précision de la gravité alors?

Si on regarde deux galaxies au loin: doit-on conclure que les galaxies s'éloigne l'une de d'autre, mais dès qu'on arrive aux contours de la galaxie, il n'y a plus d'effet?

Je veux dire que si on regarde une galaxie au loin, suffisamment loin, et ce depuis la Terre, on conclut qu'elle s'éloigne, que l'espace temps s'étire entre elle et nous. Maintenant on accepte que la galaxie est un "objet" indivisible et que celui-ci surfe sur cette expansion (cela considère l'objet indépendamment de l'expansion) comme le dit coincoin. Que se passe-t-il alors à la frontière de la Galaxie, expansion ou non,un mixte entre expansion et gravitation, heu.... matière noire?

[invite88ef51f0]

Au final, je crois que je n'ai jamais trouvé la réponse à ta question.

J'ai l'impression que le théorème de Birkhoff impose une métrique de Schwarzschild à petite échelle (mais peut-être qu'une hypothèse fait sauter le théorème ?), donc pas d'expansion du tout, et qu'il faut recoller ça à une métrique de Friedmann-Robertson-Walker à plus grande échelle.

Traduction : il me semble qu'il n'y a pas d'expansion du tout à petite échelle, mais je ne vois pas comment se fait la transition vers l'expansion à grande échelle.

Si quelqu'un a la réponse ou des références, je crois qu'il va falloir que je me plonge dans le problème, parce qu'il est assez récurrent.

[inviteb69fb0b4]

oui c'est clair sur cette image:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:U...e_%28fr%29.png

je m'etais embrouille par rapport à ça:

quand H->+oo quand l'Univers est jeune.

a+

en fait j'oubliais qu'aujourd'hui il y a ré-acceleration de l'expansion.

ps: y'a-t-il un lien entre emission du cmb et fin de l'inflation ou ça coincide par hasard sur l'image en lien ci dessus?

[Deedee81]

ps: y'a-t-il un lien entre emission du cmb et fin de l'inflation ou ça coincide par hasard sur l'image en lien ci dessus?

Non, pas de lien. C'est l'image qui n'est pas claire ou un problème d'échelle.

L'émission du cmb s'est produite vers 300000 ans (si je me souviens bien).

La fin de l'inflation c'est pendant la première fraction de seconde ! (sacrée différence).