l'expansion et la "discrétion" de l'espace-temps

[jojo17]

Bonjour,
l'expansion de l'univers n'affecte pas un système comme la terre en orbite autour du soleil, alors qu'elle éloignent les galaxies.
La gravitation d'une part maintien la terre en orbite et on n'observe pas d'augmentation de la "taille" de l'orbite, et l'expansion d'autre part augmente la "taille" de l'espace entre les galaxies.
Alors, ne me demandez pas d'où me vient cette question ...n'est-ce pas un phénomène en faveur d'une "discrétion" de l'espace-temps, comme en gravité quantique à boucle?

Merci.
-----

[physeb]

Bonjour Jojo17,

il faut faire attention à une chose: "l'énergie noire agit en tout point de l'espace-temps". Pour calculer l'effet de cette dernière entre deux objets, par exmple la terre et le soleil, il faut intégrer (sommer) sur toute la distance qui les séparent. Autrement dit, l'effet augmente proportionnellement avec la distance. Au contraire, la gravitation diminue comme le carré de la distance. Donc tu sens bien qu'à partir d'une certaine distance, quelle que soit les masses misent en jeux , l'énergie noire fini par l'emporter.

Maintenant, la Terre étant en orbite autour du soleil, la gravitation est systématiquement plus forte que l'énergie noire les distances étant très faibles. Des galaxies peuvent également être liées gravitationnellement, c'est ce qui se passe au sein des amas de galaxies. Ces amas ont justement la propriété d'être les plus grande structure gravitationnellement liées de l'univers. La distribution de ces derniers en fonction de leur taille et leur masse (ainsi que d'autres paramètres comme le redshift,...) dépend de la valeur (et du comportement, soit autrement dit de l'évolution de l'équation d'état de l'énergie noire) de l'énergie noire.

Il s'agit donc simplement d'une compétition entre deux effets. Une image qui peut t'aider serait d'imaginer deux objets sur une surface qui gonfle (la surface d'un ballon de baudruche). La surface qui gonfle représente l'effet de l'énergie noire. Tes deux objets s'attire par interaction gravitationnelle. Si tes deux objets sont suffisament proche au départ, ils vont pouvoir se rapprocher l'un de l'autre encore et encore glissant sur la surface. Maintenant s'ils sont trop éloignés au départ ils vont s'attirer trop faiblement et vont glisser "moins vite" qu'ils ne sont éloigner par la surface qui gonfle et ce jusqu'à ce que les effets gravitationnels soient négligeables.

Voilà, j'espère que cette image pourra t'aider.

[jojo17]

Bon d'accord, oublions la LQG alors! Merci.
C'est donc la distance entre les masses qui détermine qui de l'énergie noire ou de la gravitation l'emporte.
Une question. Comme la distribution des amas est en fonction de l'énergie noire, n'est-ce pas à elle que l'on doit aussi l'homogénéïté de l'univers?

[physeb]

En fait l'homogénéité est présente dans le fond diffus cosmologique. Or dans le modèle standard du Big Bang, l'énergie noire commence à dominer seulement que très récemment (ce qui d'ailleurs pose le problème de coïncidence: "pourquoi maintenant comme par hasard?")

Donc dans ces hypothèses on ne doit pas l'homogénéité de l'univers à l'énergie noire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Bonjour Physeb,

En fait l'homogénéité est présente dans le fond diffus cosmologique. Or dans le modèle standard du Big Bang, l'énergie noire commence à dominer seulement que très récemment (ce qui d'ailleurs pose le problème de coïncidence: "pourquoi maintenant comme par hasard?")

Donc dans ces hypothèses on ne doit pas l'homogénéité de l'univers à l'énergie noire.

Hum.... Ne prend pas des incertitudes pour des certitudes.
En fait, on ignore totalement quand elle a commencé
à dominer. Un des objectifs des futures campagnes d'observations
est justement de savoir ça (j'avais lu des chiffres de "début de
domination" autour de 5 milliards d'années par exemple).
Dire qu'elle domine maintenant ne veut pas dire
que ça vient de commencer.

L'autre point maintenant, l'homogénéité. Tu as raison
et c'est d'ailleurs du fait du changement au cours du
temps qu'on observe l'effet de l'énergie noire !

Mais j'ai l'impression que tu vois ça comme un changement
brutal. Une discontinuité "avant pas d'effet, maintenant oui",
Je me trompe ? Ce n'est pas le cas et il est plus probable
(restons prudent) que l'effet a varié lentement et continument.

Ensuite, l'effet est faible (heureusement, j'ai pas envie
qu'on anonce le BigRip pour demain matin ). Donc,
globalement, l'homogénéité reste de mise.

Ensuite bis, quand on parle d'homogénéité de l'univers,
il s'agit d'homogénéité à un instant donné (dans un univers
décrit par la relativité générale, il faut rester prudent
sur ce terme, mais, bon, ça une signification claire).
L'homogénéité de l'espace.
Et l'effet de l'énergie noire est le même partout
(jusqu'à preuve du contraire, y a-t-il des fluctuations ?
On n'en sait (encore) rien).
Sa variation est dans le temps, pas dans l'espace.

Evidemment, on n'a pas une "vue instantanée" de
l'univers, donc le point précédent reste capital.

Par contre, l'isotropie même "visuelle" ne doit
pas en être affectée. Par exemple, le rayonnement
fossile est une image d'une "coquille" de l'univers
à un instant précis de l'univers. Même si l'énergie
noire agissait à cette époque, ça ne doit guère influencer
le fait que ce rayonnement est le ~ même dans
toutes les directions.

[alain_r]

Bonjour Physeb,



Hum.... Ne prend pas des incertitudes pour des certitudes.
En fait, on ignore totalement quand elle a commencé
à dominer. Un des objectifs des futures campagnes d'observations
est justement de savoir ça (j'avais lu des chiffres de "début de
domination" autour de 5 milliards d'années par exemple).
Dire qu'elle domine maintenant ne veut pas dire
que ça vient de commencer.

Si, parce que si la domination est trop ancienne, on a de gros problèmes pour former des structures. Donc on est sur que le rapport P/rho de l'energie noire est assez proche de -1 et donc que l'époque de transition est assez proche (z < 1).

[Coincoin]

D'ailleurs, où en sont les contraintes expérimentales sur l'équation d'état de l'énergie noire ?

[physeb]

Bonjour Physeb,



Hum.... Ne prend pas des incertitudes pour des certitudes.
En fait, on ignore totalement quand elle a commencé
à dominer. Un des objectifs des futures campagnes d'observations
est justement de savoir ça (j'avais lu des chiffres de "début de
domination" autour de 5 milliards d'années par exemple).
Dire qu'elle domine maintenant ne veut pas dire
que ça vient de commencer.

Bonjour Deedee,

si l'on considère l'échelle de "temps" la plus physique pour la cosmologie, on prend plutôt le redshift (pas la peine de me rappeler que z n'a pas de dimension) et dans ce cas on arrive à z~0.4. Donc dans cette échelle c'est très proche

Mais j'ai l'impression que tu vois ça comme un changement
brutal. Une discontinuité "avant pas d'effet, maintenant oui",
Je me trompe ? Ce n'est pas le cas et il est plus probable
(restons prudent) que l'effet a varié lentement et continument.

Non je n'ai jamais dis une chose pareil!!! C'est juste pour donner un ordre d'idée à jojo17. Heureusement que ce n'est comme ça, sinon on aurait du mal à chercher la variation de l'équation d'état avec les amas de galaxies!

Pour ce qui est du modèle de quintescence, même si je pense qu'il est le le plus probable nous n'avons toujours pas de preuve (bientôt j'espère)

Ensuite, l'effet est faible (heureusement, j'ai pas envie
qu'on anonce le BigRip pour demain matin ). Donc,
globalement, l'homogénéité reste de mise.

Ensuite bis, quand on parle d'homogénéité de l'univers,
il s'agit d'homogénéité à un instant donné (dans un univers
décrit par la relativité générale, il faut rester prudent
sur ce terme, mais, bon, ça une signification claire).
L'homogénéité de l'espace.
Et l'effet de l'énergie noire est le même partout
(jusqu'à preuve du contraire, y a-t-il des fluctuations ?
On n'en sait (encore) rien).
Sa variation est dans le temps, pas dans l'espace.

Evidemment, on n'a pas une "vue instantanée" de
l'univers, donc le point précédent reste capital.

Par contre, l'isotropie même "visuelle" ne doit
pas en être affectée. Par exemple, le rayonnement
fossile est une image d'une "coquille" de l'univers
à un instant précis de l'univers. Même si l'énergie
noire agissait à cette époque, ça ne doit guère influencer
le fait que ce rayonnement est le ~ même dans
toutes les directions.

Pour ce qui est de l'homogénéité il faut faire encore plus attention que cela car en fait on parle toujours d'univers "statistiquement homogène"! Mais ma réponse pour jojo17 n'avait pas besoin de cette complication.

cordialement,
physeb

[alain_r]

D'ailleurs, où en sont les contraintes expérimentales sur l'équation d'état de l'énergie noire ?

Expérimentale, je doute qu'il y en ait. Observationnelles, il y en a, mais elle dépendent beaucoup des modèles sous jacents et des lots de données utilisés. Pour l'instant une cosntante cosmologique pure (P / rho = -1) est plus ou moins ce qui fitte le mieux des données, mais celle-ci sont encore trop inhomogènes pour pouvoir trancher avec confiance.

[jojo17]

Bonjour,
Une autre question, complémentaire je l'espère : comment ce fait-ce que l'énergie noire se mette à dominer progressivement sous l'effet de l'expansion?
Parce qu' au début de l'expansion elle ne "s'exprime" pas apparemment, puis ensuite elle domine.
Est-ce la "taille" de l'univers qui détermine l'influence de l'énergie noire? Qui elle à son tour influe sur la "taille" de l'univers (accélération de l'expansion), une fois le seuil de "prépondérance" atteint.
Ou bien est-ce autre chose?

Edit: Merci de tenir compte de mon incompétence physeb.
Cela dit, ce ne doit pas être systèmatique s'il y a lieu, même si vous me perdez en route.

[Deedee81]

Re,

si l'on considère l'échelle de "temps" la plus physique pour la cosmologie, on prend plutôt le redshift (pas la peine de me rappeler que z n'a pas de dimension) et dans ce cas on arrive à z~0.4. Donc dans cette échelle c'est très proche

Tou est relatif

Non je n'ai jamais dis une chose pareil!!! C'est juste pour donner un ordre d'idée à jojo17. Heureusement que ce n'est comme ça, sinon on aurait du mal à chercher la variation de l'équation d'état avec les amas de galaxies!

Sorry, j'ai bien fait de dire "j'ai l'impression que".
Mauvaise impression

[Deedee81]

Si, parce que si la domination est trop ancienne, on a de gros problèmes pour former des structures. Donc on est sur que le rapport P/rho de l'energie noire est assez proche de -1 et donc que l'époque de transition est assez proche (z < 1).

C'est marrant car j'ai lu exactement l'inverse
(dans un article dans un des "LaRecherche, dossier...")

Donc, j'ai bien raison de dire qu'on en sait rien
et que les prochaines campagnes d'observation
on pour but de préciser ça.
Les modèles numériques c'est bien jusqu'à un certain point

[alain_r]

C'est marrant car j'ai lu exactement l'inverse
(dans un article dans un des "LaRecherche, dossier...")

Donc, j'ai bien raison de dire qu'on en sait rien
et que les prochaines campagnes d'observation
on pour but de préciser ça.
Les modèles numériques c'est bien jusqu'à un certain point

si votre article dit que la domination de l'énergie noire peut être très ancienne, eh bien votre article est dans les choux. Je ne connais aucune référence publiée récente qui affirme une chose pareille tout en utilisant toutes les données disponibles.

[Coincoin]

Une autre question, complémentaire je l'espère : comment ce fait-ce que l'énergie noire se mette à dominer progressivement sous l'effet de l'expansion?

L'idée, c'est que l'énergie noire ne se dilue pas avec l'expansion, tandis que la densité d'énergie de la matière ou du rayonnement diminue avec l'expansion (encore plus pour le rayonnement dont l'énergie diminue). On peut comprendre ça si on part de l'hypothèse que l'énergie noire est l'énergie du vide. Même en s'expandant, le vide reste le vide, et la densité d'énergie ne change pas. Du coup, la matière devient de moins en moins importante et finit par passer sous la valeur de l'énergie noire.

Mais on ne connaît pas parfaitement le comportement de l'énergie noire (c'est-à-dire "l'équation d'état", le rapport P/rho). On ne peut donc pas exclure que l'énergie noire ne se dilue pas un peu avec l'expansion ou qu'au contraire elle augmente avec l'expansion (ce qui conduirait à un Big Rip).

Expérimentale, je doute qu'il y en ait.

Oui, désolé pour l'imprécision. Pour moi, "expérimental" englobait l'observation...

Observationnelles, il y en a, mais elle dépendent beaucoup des modèles sous jacents et des lots de données utilisés. Pour l'instant une cosntante cosmologique pure (P / rho = -1) est plus ou moins ce qui fitte le mieux des données, mais celle-ci sont encore trop inhomogènes pour pouvoir trancher avec confiance.

Ok, merci. Il n'y a donc pas grand chose de plus précis que ce que j'avais en tête qui ressort. Il va falloir attendre la prochaine génération de sondages.

[Deedee81]

si votre article dit que la domination de l'énergie noire peut être très ancienne, eh bien votre article est dans les choux. Je ne connais aucune référence publiée récente qui affirme une chose pareille tout en utilisant toutes les données disponibles.

Non, pas qu'elle dominait mais qu'elle était déjà
présente et influençait de manière importante.

En substance ça disait l'inverse de ta phrase :
"Si la domination est trop récente, on a de gros problèmes
pour former les structures".
Et de dire que d'après les simulations, la domination,
ça devrait se trouver quelque part (si je me souviens
bien des chiffres) entre 1/3 et 2/3 de l'age de l'univers.

Bon, c'était un article de vulgarisation, même dans
une revue sérieuse, ça vaut ce que ça vaut.
Je n'ai pas de référence plus précise
(il y en avait dans l'article mais j'aurais du mal
de le retrouver).

C'est aussi basé sur ce que je me souviens,
je peux me tromper lourdement