Une forme de l'univers pour que l'expansion ne soit qu'une forme de gravitation ?

[justine&coria]

Bonjour à tous,

Je ne suis qu'en 3e année de Physique (je vais rentrer en M1 dans 1 semaine), donc je ne suis pas hyper calé dans tout ce qui est RG, expansion de l'univers etc.
Mais de ce que j'ai entendu parler sur l'expansion de l'univers, il y a quelques petites choses qui me chiffonnent un peu (sûrement parce que je n'ai pas vu les équations et autres démos qui corroborent cette théorie, mais bon ...). Entre autre, je ne vois pas pourquoi à "petite échelle", on ne ressentirait pas du tout les effets de l'expansion ; de même je ne vois pas pourquoi on utilise la distance comobile dans certains cas, et pas dans d'autres etc.

Donc, je me suis dit : pourquoi est-ce que l'expansion ne serait pas, en fait, une forme cachée de gravitation : ce serait en quelque sorte la topologie de l'univers qui ferait que les objets célestes s'éloignent à grande distance.

Je m'explique. Pour simplifier, je vais raisonner en 2D. Imaginons que l'univers ait la forme d'une sphère et qu'il ne soit gouverné que par la gravitation (pas d'expansion). On arrive alors à imaginer des conditions (sur la densité de l'univers etc.) qui pourraient faire que :
- à petite échelle, les objets s'attirent,
- sur de grandes distances, la gravitation due aux autres objets de l'univers est la plus forte, et les objets s'éloignent. Ils ne s'éloigneraient pas à cause d'une certaine expansion, mais parce qu'ils seraient attirés (en sens inverse) par les autres objets de l'univers.

J'espère que vous comprenez plus ou moins mon exemple lol.

Donc, ma question serait la suivante : est-ce qu'il existe des théories allant dans ce sens : une sorte de topologie de l'univers qui ferait qu'à grande distance, les objets s'éloignent, mais que ce serait toujours dû à la gravitation ?

Merci d'avance.
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[Coincoin]

Salut,
Il me semble que cette hypothèse a déjà été proposée. Mais elle est difficilement conciliable avec le principe cosmologique qui suppose que notre place dans l'univers n'est pas particulière (donc par exemple, il n'y a pas de raison que nous soyons dans une zone en pleine expansion apparentes), la répartition de matière nécessaire pour donner une expansion apparente correspondant parfaitement à l'expansion attendue étant donné le contenu de l'univers (la relation entre décalage spectral et distance n'est pas anodine) et enfin et surtout l'expansion est une prédiction directe de la RG, donc si tu veux t'en passer il faut non seulement bricoler quelque chose qui donne les mêmes effets mais en plus bricoler pour l'annuler.

Enfin, il n'y a pas besoin de tout ça pour expliquer que l'expansion ne se ressent pas à petite échelle : les effets de l'expansion sont bien plus faibles que les différentes interactions.

[physeb]

Bonjour,

en fait je serai tenter de répondre par un fait observationel.

Tout d'abord le fond diffus cosmologique nous prouve que l'univers primordial était très homogène. De plus des observations profondes (telle que SDSS) nous montrent que les structures actuelles (galaxies et amas de galaxies) sont distribuées de manières homogène. Il suit donc que l'attraction gravitationnelle globale subie par un point isolé est proche de "zéro" de par la symétrie. Donc la fuite des objets lointain ne peut être du à un effet d'attraction.

De plus, avec nos observations il est possible de se mettre à la place d'une autre galaxie. Dans ce cas nous nous appercevons que toutes les autres galaxies lointaines s'éloignent de cette dernière. Et cela fonctionne pour toutes les galaxies considérées (en prenant uniquement en compte les galaxies hors de l'amas considéré). Dans ce cas ce que tu propose ne marche que si nous étions au milieux d'un univers dont la densité de matière augmente en sécartant de nous. Un peu dur à concevoir non?

Donc on introduit un fluide répulsif ("énergie noire" pour les intimes) qui agit en tout point de l'univers avec une faible intensité. De ce fait, en présence de deux masses proches l'attraction l'emporte au point qu'on peut totalement négliger les effets de l'expansion. Cependant, si les deux masses sont très éloignées, la somme des répulsions sur le chemin les reliant devient très importante et donc contrecaré l'attraction et créer une expansion. Un petit bémol pour cette vision est qu'il ne s'agit pas s'une répulsion mais d'une expansion de la métrique et donc "pas une interaction physique" avec propagation d'une information. C'est pour cette raison que l'on utilise parfois les coordonnées comobiles, dans ce cas les vitesses ne dépassent pas c.

C'est un peu succint et je l'espère sans trop d'erreur.

cordialement

PSdésolé coincoin mais le temps que j'écrive le message en mangeant à fait que je n'ai pas pu voir ta réponse avant)

[alain_r]

Bonjour à tous,

Je ne suis qu'en 3e année de Physique (je vais rentrer en M1 dans 1 semaine), donc je ne suis pas hyper calé dans tout ce qui est RG, expansion de l'univers etc.
Mais de ce que j'ai entendu parler sur l'expansion de l'univers, il y a quelques petites choses qui me chiffonnent un peu (sûrement parce que je n'ai pas vu les équations et autres démos qui corroborent cette théorie, mais bon ...). Entre autre, je ne vois pas pourquoi à "petite échelle", on ne ressentirait pas du tout les effets de l'expansion ; de même je ne vois pas pourquoi on utilise la distance comobile dans certains cas, et pas dans d'autres etc.

Donc, je me suis dit : pourquoi est-ce que l'expansion ne serait pas, en fait, une forme cachée de gravitation : ce serait en quelque sorte la topologie de l'univers qui ferait que les objets célestes s'éloignent à grande distance.

Je m'explique. Pour simplifier, je vais raisonner en 2D. Imaginons que l'univers ait la forme d'une sphère et qu'il ne soit gouverné que par la gravitation (pas d'expansion). On arrive alors à imaginer des conditions (sur la densité de l'univers etc.) qui pourraient faire que :
- à petite échelle, les objets s'attirent,
- sur de grandes distances, la gravitation due aux autres objets de l'univers est la plus forte, et les objets s'éloignent. Ils ne s'éloigneraient pas à cause d'une certaine expansion, mais parce qu'ils seraient attirés (en sens inverse) par les autres objets de l'univers.

J'espère que vous comprenez plus ou moins mon exemple lol.

Donc, ma question serait la suivante : est-ce qu'il existe des théories allant dans ce sens : une sorte de topologie de l'univers qui ferait qu'à grande distance, les objets s'éloignent, mais que ce serait toujours dû à la gravitation ?

Merci d'avance.

Vous semblez penser que l'expansion n'est pas une manifestation de la gravitation. Cela est incorrect : l'expansion de l'univers est une manifestation de la gravitation. Sa dynamique est déterminée par les équations de la relativité générale. En l'occurence, si vous suposez qu'il est statique à un instant donné, il va se contracter par la suite (sauf à imaginer des propriétés très atypiques de la matière). L'expansion (ou la contraction) de l'univers est donc une nécessité de la relativité générale.

[A voir en vidéo sur Futura]

[lyapounov]

Bonjour
une remarque qui me gène, car cela reste une vérité non prouvée
"un fluide répulsif ("énergie noire" pour les intimes) qui agit en tout point de l'univers avec une faible intensité. "
Cette énergie noire qui devrait représenter plus de 70% de la masse de l'univers me rappelle trop un autre artefact admis par les physiciens du XVIII°siècle qu'ils nommaient "ETHER", jusqu'au jour où ...Merci M.Michelson.

[justine&coria]

Merci pour vos réponses.
Et c'est vrai que j'avais oublié que l'expansion était une prédiction directe de la RG. D'ailleurs, si mes souvenirs sont bons, Einstein a rajouté sa constante cosmologique pour annuler cet effet, n'est-ce pas ?

[Coincoin]

D'ailleurs, si mes souvenirs sont bons, Einstein a rajouté sa constante cosmologique pour annuler cet effet, n'est-ce pas ?

C'est tout à fait exact. La légende veut qu'il ait déclaré que c'était sa plus grosse erreur quand il a fini par accepté l'idée d'un univers en expansion.

[alain_r]

C'est tout à fait exact. La légende veut qu'il ait déclaré que c'était sa plus grosse erreur quand il a fini par accepté l'idée d'un univers en expansion.

Ce n'est pas une legende, c'est vrai, par contre il faut remettre les choses dans leur contexte. Einstein n'imaginait pas que la gravitation puisse generer un univers dynamique. En cherchant une solution a ses equations qui decrive un univers homogene et isotrope (et implicitement statique, donc), il est arrive a une incoherence, ce qui signifiait qu'une des hypotheses de son modele etait incorrecte. Plutot que relaxer l'hypothese d'un univers statique, il a choisi (enfin, pas vraiment choisi, tant il etait certain qu'il n'etait pas physiquement acceptable que l'univers fut dynamique) de modifier les equations de la relativite generale en rajoutant un terme, la constante cosmologique. Ce terme n'avait d'influence qu'a tres grande echelle et n'entachait donc aucunement la dynamique dans le systeme solaire.

Dans son acception moderne, la constante cosmologique agit de facon repulsive si elle est presente, ce qui n'est pas indispensable, mais pour Einstein, c'etait une necessite physique. Sa correspondance (avec Born, je crois) en atteste. Ce qui est plus curieux, et qu'il n'a jamais reconnu comme etant une erreur, c'est la difficulte qu'il a eu d'accepter l'evidence que son hypothese d'univers statique etait sans fondement.

[alain_r]

Bonjour
une remarque qui me gène, car cela reste une vérité non prouvée
"un fluide répulsif ("énergie noire" pour les intimes) qui agit en tout point de l'univers avec une faible intensité. "
Cette énergie noire qui devrait représenter plus de 70% de la masse de l'univers me rappelle trop un autre artefact admis par les physiciens du XVIII°siècle qu'ils nommaient "ETHER", jusqu'au jour où ...Merci M.Michelson.

Vous melangez tout. L'hypothese de l'ether etait une hypothese, certes seduisante, rien de plus. Il n'y avait aucun fait observationnel qui l'implique. Le fait que cette hypothese ait eu a etre abandonnee suite a une experience n'a rien de surprenant et fait meme partie de l'evolution normale d'une discipline scientifique. Dans le cas de l'energie noire est completement different : toutes les observations en cosmologie indiquent, de facon plus ou moins marquee, la presence de quelquechose qui se comporte comme l'energie noire. Certaines observations (quasiement plus desormais) peuvent eventuellement etre compatibles avec l'absence d'energie noire, mais aucune ne permet d'exclure l'energie noire. Meme s'il est rarement opportun de faire des paralleles, c'est l'hypothese de l'absence d'energie noire qui du debut des annees 80 jusqu'au milieu des annees 90 a eu le meme statut que l'hypothese de l'ether d'il y a un siecle : cela apparaissait plus simple, plus academique, plus esthetique, mais finalement irremediablement incompatible avec les observations.

[Coincoin]

Ce n'est pas une legende, c'est vrai, par contre il faut remettre les choses dans leur contexte.

Je ne remets pas en cause tout le contexte et la difficulté à concevoir un Univers en évolution. Mais j'avais lu je ne sais plus où que les historiens des sciences n'avaient jamais réussi à remonter à l'origine de la citation disant que c'était sa "plus grosse erreur", donc qu'ils émettaient quelques doutes sur sa véracité. Ça n'empêche pas que, réelle ou non, cette citation traduit bien ce qui s'est passé.

[heyrick]

Dans son acception moderne, la constante cosmologique agit de facon repulsive si elle est presente, ce qui n'est pas indispensable, mais pour Einstein, c'etait une necessite physique.

Pourquoi une nécessité? Parce que sinon cela voudrait dire que l'univers était en contraction? Pourtant, comme vous le dites, la constante cosmologique n'est pas indispensable pour décrire le système solaire. Il aurait donc juste fallu que Einstein accepte que l'univers puisse être en contraction, et il aurait ainsi parfaitement pu se passer de cette constante.
Bon, bien sûr, de nos jours cela aurait contredit les observations, mais à l'époque cela aurait très bien pu passer, non?

[acropole]

Pourquoi une nécessité? Parce que sinon cela voudrait dire que l'univers était en contraction? Pourtant, comme vous le dites, la constante cosmologique n'est pas indispensable pour décrire le système solaire. Il aurait donc juste fallu que Einstein accepte que l'univers puisse être en contraction, et il aurait ainsi parfaitement pu se passer de cette constante.
Bon, bien sûr, de nos jours cela aurait contredit les observations, mais à l'époque cela aurait très bien pu passer, non?

Je veux pas dire une bétise, mais il me semble qu'a l'époque il y'a eu la découverte du redshift par Hubble puis le big bang.
Ce n'est que récemment qu'on a découvert que l'expension est plus rapide que prévue et qu'on a introduit l'énergie noire pour l'expliquer.

[alain_r]

Pourquoi une nécessité? Parce que sinon cela voudrait dire que l'univers était en contraction? Pourtant, comme vous le dites, la constante cosmologique n'est pas indispensable pour décrire le système solaire. Il aurait donc juste fallu que Einstein accepte que l'univers puisse être en contraction, et il aurait ainsi parfaitement pu se passer de cette constante.
Bon, bien sûr, de nos jours cela aurait contredit les observations, mais à l'époque cela aurait très bien pu passer, non?

Si vous considérez qu'il n'est pas possible que la métrique dépende du temps, la seule solution pour vous en sortir est d'avoir une constante cosmologique. C'est dans ce cadre là que procédait Einstein. Ceci dit, vous avez raison, il aurait pu (dû) se dire qu'une autre possibilité était que la métrique dépendait du temps, et prédire que la loi de Hubble.

[alain_r]

Je veux pas dire une bétise, mais il me semble qu'a l'époque il y'a eu la découverte du redshift par Hubble puis le big bang.
Ce n'est que récemment qu'on a découvert que l'expension est plus rapide que prévue et qu'on a introduit l'énergie noire pour l'expliquer.

C'est vrai, mais il a deux situations distinctes. La constante cosmologique agit de façon répulsive, la matière de façon attractive. Il existe une configuration d'équilibre entre les deux, l'action répulsive de la constante cosmologique contrebalançant exactement l'attraction gravitationnelle de la matière ordinaire : c'est l'univers statique d'Einstein.

Ensuite, si l'univers est en expansion, l'expansion se ralentit au cours du temps en l'absence de constante cosmologique, et l'expansion en elle-même ne nécessite pas de constante cosmologique. Celle-ci était en un sens "optionnelle" une fois l'expansion établie. Par contre, l'accélération de l'expansion nécessite une constante cosmologique (ou un truc approchant) qui dépasse une certaine amplitude. C'est pour cela qu'on l'introduit aujourd'hui (on peut avoir une période d'expansion décélérée même en présence de constante cosmologique si celle-ci est trop faible, comme cela a été le cas dans notre univers pendant près de 10 milliards d'années). Au final, Einstein avait raison d'introduire la constante cosmologique, mais l'a introduite pour de mauvaises raisons. Cela fait dire à certain que finalement "la plus grande erreur de sa vie" n'est était pas autant une que ce qu'Einstein croyait de son vivant.