Dynamique de l'expansion
bonjour,
Une petite question concernant (encore) l'expansion de l'univers.
On sait qu'il faut une énergie (noire) pour expliquer l'accélération de l'expansion, mais quel est le "moteur" de l'expansion?
Y aurait-il expansion de l'univers si cette dernière n'était pas accélérée?
Merci et bonne journée.
les gens qui ont des montres n'ont pas le temps. Sagesse africaine
Salut,
L'énergie noire ne sert qu'à expliquer l'accélération de l'expansion. Avant qu'on se rende compte de son accélération, l'expansion était très bien comprise mais n'était pas censée accélérer.
On peut prendre le cas newtonien, qui est faux mais donne une bonne idée. Tu prends plein de particules dans une grosse bulle et tu les laisses interagir. Certaines vont avoir une vitesse dirigées vers l'extérieur de ta bulle et ta bulle va donc grossir. Mais les autres particules vont attirer ces particules extérieures et freiner l'expansion. Si la densité est suffisante, alors la bulle va finir par s'effondrer sur elle-même. Si la densité est faible, la bulle va s'expandre indéfiniment mais de moins en moins vite.
Mais attention, je ne dis pas que c'est comme cela qu'il faut se représenter l'expansion de l'univers. Simplement, ce petit modèle newtonien redonne le même genre d'équation.
bonjour,
Et merci coincoin, ta réponse me convient bien.
il s'agit donc du "contenu"énergétique de l'univers qui est en cause dans l'expansion.
J'aurai une autre question, indirectement en rapport...
Quelle est la dimension d'une constante cosmologique, notamment celle d'Einstein?
Merci.
les gens qui ont des montres n'ont pas le temps. Sagesse africaine
Oui, sachant que la matière n'aura pas le même effet que le rayonnement ou la constante cosmologique.il s'agit donc du "contenu"énergétique de l'univers qui est en cause dans l'expansion.
La constante cosmologique est homogène à une énergie. Là où ça devient bizarre, c'est que c'est une énergie très faible (meV il me semble), notamment quand on compare aux énergies mises en jeu dans les nouvelles théories de physique des particules qui pourraient l'expliquer (et qui font intervenir du TeV, voire de l'échelle de grande unification ou de la masse de Planck). Un calcul naïf donne un désaccord d'un facteur 10120 !
Merci coincoin.
Parles-tu bien de l'énergie noire, assimilable à une constante cosmologique?La constante cosmologique est homogène à une énergie. Là où ça devient bizarre, c'est que c'est une énergie très faible (meV il me semble), notamment quand on compare aux énergies mises en jeu dans les nouvelles théories de physique des particules qui pourraient l'expliquer (et qui font intervenir du TeV, voire de l'échelle de grande unification ou de la masse de Planck). Un calcul naïf donne un désaccord d'un facteur 10120 !
merci.
les gens qui ont des montres n'ont pas le temps. Sagesse africaine
Oui, je parle de l'énergie noire, dont les observations montrent qu'elles se comportent comme une constante cosmologique.
bonjour,
D'accord coincoin, j'avais donc bien compris.
J'aurais encore 1 question....
Est-ce qu'il y a aussi diminution de la densité d'énergie noire au cours du temps et de l'expansion, et si oui, cela implique-t-il une diminution de l'accélération de cette dernière?
Mais à la réflexion, comme l'énergie noire est assimilée à une constante, ce ne doit pas être le cas. Je me trompe?
les gens qui ont des montres n'ont pas le temps. Sagesse africaine
Si c'est bien quelque chose assimilable à une constante cosmologique, alors sa densité est constante. Elle prend le pas sur l'expansion car sa quantité totale augmente avec le volume de l'univers.Envoyé par jojo17
Il existe ceci dit des modèles dit de quintessence, où là c'est un champs dont l'intensité varie avec l'expansion.
Tiens l'Observatoire de Paris a fait un site intéressant sur l'histoire de l'Univers
Quintessence :
Si on considère que la clef du problème est dans l'accélération de l'expansion cosmique produite par une propriété analogue à celle de l'énergie du vide, alors il est fort probable que ce vide mystérieux ne se réduise pas exactement à une simple constante cosmologique. En effet, nous avons vu que l'interprétation de l'énergie du vide par la constante cosmologique amène des problèmes épineux d'ajustement fin et de coïncidence. Les propriétés du vide que nous observons par les effets cosmologiques de l'énergie noire doivent être dus à quelque chose qui ressemble presque à s'y méprendre à une constante cosmologique, au moins dans les époques récentes de l'histoire cosmique. On pourrait envisager par exemple que les propriétés de l'énergie noire ne soient pas fixées une fois pour toutes mais varient au cours de l'histoire cosmique et que cette évolution se fasse en relation avec cette dernière. Il s'agit là de l'idée principale sous-tendant l'hypothèse de la quintessence que l'on peut qualifier de "constante cosmologique variable".
L'idée est d'ailleurs fréquemment utilisée en physique des hautes énergies: par exemple, pour décrire les effets quantiques qui fixent la masse des particules élémentaires comme l'électron (polarisation du vide) ou des particules véhiculant l'interaction faible (brisure spontanée de symétrie), on fait varier les propriétés quantiques (et celle du vide notamment) avec l'échelle d'énergie considérée. Or, l'expansion de l'Univers est avant tout une histoire de refroidissement: la température de la soupe cosmique diminue au cours du temps. En remontant le cours du temps, on doit donc s'attendre à découvrir des effets semblables de variation temporelle des lois de la physique.
L'hypothèse de quintessence propose donc de considérer des variations de ce qui ressemble à l'énergie du vide et qui produit les phénomènes d'énergie noire comme l'accélération. Pour modéliser ces processus inconnus de la quintessence, les cosmologistes introduisent le plus souvent un outil mathématique que l'on appelle "un champ scalaire". Ce champ, qui agit comme une espèce de "constante" cosmologique variable dans le temps et l'espace, peut avoir plusieurs interprétations différentes suivant la physique à laquelle il est relié. Par exemple, il peut être vu comme une nouvelle particule scalaire (de spin 0) très légère telle qu'on en rencontre un bon nombre dans la physique des hautes énergies (boson de Goldstone, tachyon, axion, superpartenaires) ou encore comme une nouvelle force à grande distance accompagnant la gravitation (dilaton). Cette quintessence doit interagir très peu avec la matière ordinaire: elle agit en arrière-plan, modifiant essentiellement l'expansion de l'Univers à grande échelle, et la matière ordinaire ne la ressent que par l'intermédiaire du champ gravitationnel qu'elle génère, c'est -à-dire qu'à travers son effet sur l'expansion cosmique. La raison en est simple: la quintessence doit être une énergie noire et donc être le plus invisible et discret possible. Toutefois, pour produire de l'accélération cosmique, la quintessence doit interagir avec elle-même: elle doit générer quelque chose qui ressemble à de l'énergie du vide.
Illustration du mécanisme de quintessence
Bien que le candidat de la quintessence ne soit pas encore identifié, nous pouvons illustrer simplement comment ce mécanisme fonctionne. Le "champ scalaire de quintessence" peut se voir par analogie comme une petite bille (voir figure ci-dessous) qui roulerait sur une cuvette courbe dans le champ de pesanteur.
La forme de cette cuvette illustre le potentiel d'interaction de la quintessence produisant une espèce d'énergie du vide non nulle. En roulant sur son potentiel, le champ possède donc de l'énergie cinétique (due à son mouvement) et de l'énergie potentielle (liée à la hauteur de la bille sur la cuvette, et donc à la forme du potentiel). L'énergie totale du champ de quintessence, soit la somme des contributions cinétique et potentielle, est source de gravitation et produit donc de l'expansion cosmique au même titre que tout autre ingrédient de la soupe cosmique. Il existe donc un transfert d'énergie de la quintessence vers la gravitation qui y puise l'énergie nécessaire à l'expansion de l'Univers. Ceci a pour effet de freiner la bille lors de sa course sur la cuvette. Ce faisant, il arrive que la bille soit "gelée " quelque part dans sa course et que son énergie cinétique devienne négligeable devant son énergie potentielle. A ce moment, l'énergie produite par la quintessence apparaît gelée exactement comme le serait une constante cosmologique. Dans cette situation précise, la quintessence produit de l'accélération de l'expansion cosmique.
Ainsi, suivant le type de potentiel considéré, on obtient que l'expansion cosmique peut geler la quintessence en une espèce de constante cosmologique ce qui résulte en une accélération. Dans certains cas, ce mécanisme permet de résoudre le problème de la coïncidence : la forme du potentiel garantit que l'énergie sombre domine et produise de l'accélération à un moment donné de l'histoire cosmique. Toutefois, le problème de la coïncidence est ramené au choix heureux d'un potentiel de quintessence...
Constante cosmologique ou quintessence?
Les caractéristiques essentielles de la quintessence par rapport à la constante cosmologique peuvent être résumées comme suit:
* Variabilité: la quintessence est une énergie noire variable dans le temps mais aussi dans l'espace alors que la constante cosmologique est précisément constante depuis l'époque du Big Bang. Si la variation dans le temps est souhaitable pour régler les problèmes de la constante cosmologique, la variation spatiale est un peu plus embêtante car elle impliquerait que les lois de la physique ne soient pas les mêmes partout...
* Interaction avec la matière : si la quintessence représente une variation des propriétés du vide ou autre phénomène de physique fondamentale, alors il est à envisager que la matière ressente directement ce changement de physique. Nous pourrions donc prendre conscience de la quintessence autrement que par l'examen de ces effets à grande échelle sur l'expansion cosmique. Si la matière est directement sensible à ce changement de physique, ceci se traduirait par une variation des constantes de la physique comme la constante de gravitation, celle de structure fine (intensité de l'électromagnétisme), etc.
En conclusion, les problèmes de la constante cosmologique nous amènent à envisager une nouvelle physique gravitationnelle avec des effets analogues à l'énergie du vide, mais où celle-ci varie et pourrait même produire des changements dans la physique de la matière ordinaire.
Parcours Etranges
bonjour Gilgamesh,
Si j'ai bien tout suivi, cela voudrait aussi dire que le modèle de quintessence pourrait expliquer la période inflationnaire de la même façon qu'il expliquerait l'accélération de l'expansion (constante)?
Une histoire de bille qui roule dans une cuvette...
les gens qui ont des montres n'ont pas le temps. Sagesse africaine
Ce sont des mécanismes assez semblables, mais il ne me semble pas que ce soit le même potentiel dans le cas de l'inflation et de la constante cosmo variable.bonjour Gilgamesh,
Si j'ai bien tout suivi, cela voudrait aussi dire que le modèle de quintessence pourrait expliquer la période inflationnaire de la même façon qu'il expliquerait l'accélération de l'expansion (constante)?
Une histoire de bille qui roule dans une cuvette...
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