énergie et matière noires

[invite65b424c9]

Brésil/Lajinha-MG, le 16 mai 2007/23:31

Qu'est-ce que c'est? Est-ce qu'ilya une théorie physique pour les expliquer?
Merci
Chicao
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[invite9c9b9968]

Salut,

Avez-vous pensé à utiliser la fonction recherche du forum ? En effet votre question est vaste

[Gilgamesh]

Brésil/Lajinha-MG, le 16 mai 2007/23:31

Qu'est-ce que c'est? Est-ce qu'ilya une théorie physique pour les expliquer?
Merci
Chicao

En cosmologie, l'énergie sombre est une forme d'énergie hypothétique répartie de façon homogène dans tout l'Univers et dont l'équation d'état est assez curieuse.


On considère dans les modèles l'univers comme un fluide parfait et cela donne les équation fondamentale de la cosmologie, dont celle ci, la 2e qui exprime 'accélération de l'univers :



Dans terme de gauche , a désigne une longueur donnée dans l'univers, par exemple son rayon et a'' sa dérivée seconde.

La dérivée d'une longueur :

est une vitesse (on l'exprime en m/s).

La dérivée de sa dérivée :

désigne une accélération (on l'exprime en m/s²).

Le terme de gauche désigne donc l'accélération de l'accroissement par unité de longueur (a''/a).

G, la cte de gravité est une simple constante, comme c, la vitesse de la lumière. Dans le système naturel d'unité il seraient égaux à 1 et disparaitrait de l'équation.

(rho) désigne la densité d'énergie de l'univers, c'est à dire la quantité d'énergie (ou de masse) dans chaque m³ d'Univers en moyenne. On considère que c'est une quantité homogène.

p désigne la pression, une force exercée par unité de surface.

(lambda) la fameuse constante cosmologique.

On considère différentes composantes dans l'Univers et pour chacune on cherche son équation d'état, que l'on caractérise par un paramètre w.

L'équation d'état relie la densité d'énergie rho avec la pression :


En laissant pour le moment lambda de côté, tu vois que si on connait w pour chaque composante de l'univers, on peut calculer l'accélération de l'Univers.

Quelles sont les différentes composantes :

1/ La matière froide (cad non relativiste), ou "poussière"

C'est la matière ordinaire, y compris celles des étoiles qui est dire froide en ce sens que les vitesse d'agitation v sont faible par rapport à l'énergie de masse mc² (ou rho.c² en ramenant ça au volume).


La pression de la matière p = rho.v² << rho.c² est négligeable. Imagine une parois quelconque dans l'univers : la pression qui s'exerce contre elle est quasi nulle, car l'univers est incroyablement vide : 1 proton par m3 ! C'est pas avec cela qu'on peut gonfler un ballon. Par contre, rho est indépendant de la température : l'énergie mc² d'un proton ne change pas même si on le congèle au zéro absolu.

w = 0

2/ Le rayonnement ou la matière relativiste

Il est constitué de photons ou plus généralement de particules sans mase propre ou très faible se déplaçant à la vitesse de la lumière ou quasi. On inclut les neutrinos la-dedans ainsi que les ondes gravitationnelles.

Sa pression est très élevée p = 1/3 rho c²

w= 1/3

Le rayonnement a joué un rôle primordiale aux premiers instants de l'Univers, quand sa densité d'énergie rho était élevée. Seulement sa densité d'énergie diminue avec la puissance quatrième de la température rho ~ T^-4. Imagine une voile solaire poussée par le rayonnement fossile de l'Univers : on va pas aller bien loin. C'est cela que cela veut dire : rho étant négligeable, p l'est aussi.


Résultat des courses, dans un univers de matière à 2,7K et sans constante cosmologique :




rho étant positif, tu vois que l'ensemble de l'expression est négative : l'accélération de l'Univers est strictement décroissante.

Toute la cosmologie jusqu'aux abords des années 90 se contentait de cette expression simple, prédisant une décroissance monotone de la vitesse d'expansion.


Or... Ce n'est pas ce que l'on observe. Cela signifie qu'il ne faut pas négliger lambda.

A côté des deux formes de "contenus" connus (matière et rayonnement) la théorie quantique de champs laisse penser que l'énergie associé à l'état fondamental d'un certain champs quantique ait pu exercer une influence dynamique en cosmologie, ce qu'on a appelé selon un terme assez malheureux mais frappant énergie du vide. L'état fondamental, ce qu'on appelle le vide, c'est celui d'un champs qui ne reçoit pas d'énergie et qui ne produit dont pas de particules. Dans cet état non excité certains champs pourrait posséder une densité d'énergie rho_vide non nulle. Et à cette densité d'énergie serait associé également une pression négative : w = -1.


w=-1 ça signifie que

p = -rho

Un énergie positive engendrant une pression négative ! C'est quelques chose de bien curieux. Si je remplie une canette de boisson d'une forte densité de cette énergie (sauf que c'est du vide qu'il s'agit : je ne peux pas remplir une canette vide de plus de vide qu'elle n'en contient déjà , c'est juste une image), les parois de la canettes vont se contracter... Et c'est d'autant plus curieux que son effet serait bien d'accélérer l'expansion de l'univers.

Et bref, cette contribution à la dynamique de l'Univers serait exactement celle du Lambda de l'équation, a ceci près que le Lambda est strictement constant au cours du temps tendis qu'on ignore ce qu'il en est exactement de l'énergie sombre.


Mais bon donc déjà voila l'énergie sombre agit comme une force gravitationnelle répulsive. Et les mesures faites tant par l'étude des supernovae 'cosmologiques' c'est à dire très lointaines que sur le fond radio de l'Univers permettent de mesurer que cette énergie sombre serait la composante majoritaire de l'univers (environ 65%).


a+

[invite52c52005]

Super réponse de Gilgamesh

En ce qui concerne la matière noire, tu peux commencer par lire ce dossier :

http://www.futura-sciences.com/fr/co...542/c3/221/p1/

et ensuite comme te l'a conseillé Gwyddon, faire une recherche sur le forum; de nombreuses discussions ont été consacrées à ce sujet.
Si, à l'issue de ça, tu as des questions, des personnes sur le forum se feront un plaisir de te répondre.

Bonne lecture.

P.S : sur l'énergie noire, il y aussi un dossier sur FS

[A voir en vidéo sur Futura]

[physeb]

Brésil/Lajinha-MG, le 16 mai 2007/23:31

Qu'est-ce que c'est? Est-ce qu'ilya une théorie physique pour les expliquer?
Merci
Chicao

Je sais, on va dire que je chipote mais on ne fait qu'observer les effets de l'énergie noire. On n'explique pas encore sa nature. La réponse de Gilgamesh, qui est très bonne et complète, montre comment on reproduit l'observation de l'énergie noire dans les équations avec le modèle le plus simple qui est la constante cosmologique.

Je tiens à le préciser car il ne faut pas confondre (je parle pour la question qui a été posée et non pour les reponses qui ont été données) modéliser un phénomène et expliquer un phénomène. De plus, en physique nous ne pouvons pas "expliquer" les processus fondamentaux, mais uniquement les phénomène qui sont soutenu par plusieurs processus fondamentaux.

Ainsi on peut expliquer la forme des noyaux d'atomes grâce à l'intéraction forte, mais on n'explique pas l'interaction forte, on la modélise.

Pour ce qui est de l'énergie noire, il sera peut être possible de l'expliquer par l'énergie du vide. Du moins, si w=-1 celà reste toujours possible si on exclu les 120 ordres de grandeurs qui nous manque