Le Big Bang

[invited9477870]

Bonjour à tous,

Je suis en 1er S et le sujet de mon TPE est : Le LHC et le Big Bang, dons mon groupe je suis chargé de répondre à cette question :
Qu'est-ce que le Big Bang ?
Je ne vous demande SURTOUT pas de me donner toutes les réponses sur un plateau mais plutôt de discuter ensemble autour de ce sujet.

Pour le moment voilà ce que je sais du Big Bang :
Au tout début, l'Univers et toute sa matiére était contenu dans un volume pas plus grand qu'une bille de verre, dans cette bille la densité était infinie.
Puis, l'Univers a connus une extraordinaire dilatation. Il y régnait une chaleur infernale, l'Univers était alors constitué d'une soupe de quarks et de gluons. L'interaction forte n'existait pas encore.
Puis, quand la température de l'Univers a avoisiné les 3 milliards de degrés, le premier rayon lumineux est apparu, le rayon fossile.
Puis la matière s'est rassemblée, elle a formée les étoiles, les planètes les galaxie ect...
Pendant ce temps l'Univers continuait de s'étendre, en fait le Big Bang n'est pas fini, même si son facteur d'expansion à diminué

Voilà, merci de répondre
-----

[winc]

salut,

je te conseilles de lire le lien suivant :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Naissance_du_monde

bon c'est un peu long mais je trouve que c'est une bonne entrée en matière !

[Pio2001]

Bonjour,

Au tout début, l'Univers et toute sa matiére était contenu dans un volume pas plus grand qu'une bille de verre, dans cette bille la densité était infinie.

Il faut distinguer univers et partie observable aujourd'hui de l'univers (constituée d'images de galaxies appartenant à un passé plus ou moins loitain).

La partie dont on reçoit aujourd'hui les images est compliquée à définir, car elle recouvre une grande période de temps. Et puis elle est arbitraire, il y a d'autres galaxies derrière, que l'on ne voit pas. Et enfin, elle est changeante. Il y a des milliards d'années, elle était différente, et elle sera encore différente dans quelques milliards d'années, car des galaxies aujourd'hui observables seront passées au-delà des limites observables.

Si on prend la totalité de ce qui existe, qu'on en reçoive des images en ce moment ou non, selon les observations actuelles, c'est infini.

Dans le passé, c'était plus dense, mais c'était infini aussi.

A l'époque où un rayon de 13 milliards d'années-lumières correspondant, du fait de l'expansion, au diamètre d'une bille, l'espace était infini, comme aujourd'hui, mais extraordinairement rempli d'énergie/matière.

Plus on remonte dans le passé, plus la température, la pression, et la densité de matière (masse volumique) sont élevées.
A un certain niveau de concentration, qui est de 10^93 kg/m3, qui s'est produit à un moment appelé "instant de Plank", il se trouve que l'univers n'obéit plus aux loisde la relativité. Il nous est donc impossible de savoir, pour le moment, ce qui se passait juste avant.

Si on continue à appliquer les lois de la relativité, on aboutit, 10^-43 secondes avant, à une densité infinie. Mais on sait que cela n'est pas vrai. Ou, pour le dire plus rigoureusement, on n'a aucune raison de penser que ce soit le cas, puisqu'on sait que les lois de la relativité ne fonctionnaient pas à ce moment là.

On peut donc parler de ce qui s'est passé à partir de cette densité jusqu'à maintenant, mais on ne peut pas dire que juste avant, la densité était infinie, ni que l'univers est né à ce moment là. C'est une application erronée de la théorie de la relativité.

[Aroll]

Bonjour

Si on prend la totalité de ce qui existe, qu'on en reçoive des images en ce moment ou non, selon les observations actuelles, c'est infini.

Dans le passé, c'était plus dense, mais c'était infini aussi.

Il n'y a actuellement aucune preuve que l'univers soit infini, c'est seulement une possibilité.

(Voir, par exemple, Jean Pierre Luminet).

Amicalement, Alain

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Les observations actuelles penchent plutôt en faveur d'un univers infini.

Mais si la masse volumique est au-dessus d'un certain seuil et qu'il n'y a pas d'énergie noire, en effet, l'univers peut être fini, mais sans bord. C'est-à-dire qu'il se reboucle sur lui-même. Un voyageur se déplaçant en ligne droite finirait par revenir à son point de départ. Peut-être même que parmi les images de galaxies du Hubble Deep Field, se trouve la nôtre, quand elle était jeune... Nous n'avons pas les moyens actuellement de nous en assurer.

Ce que je me demande, c'est ce qui se passe si la masse volumique est assez importante pour que l'univers soit fini, mais avec une énergie noire qui accélère l'expansion. La courbure de l'espace restera-t-elle positive, et l'univers fini et sans bord ? Je ne vois pas trop comment il pourrait passer d'une topologie finie à une topologie infinie.

[f6bes]

Au tout début, l'Univers et toute sa matiére était contenu dans un volume pas plus grand qu'une bille de verre, dans cette bille la densité était infinie.

Bjr à toi,
Je ne sais pas d'ou tu tiens cette information, mais je ne crois pas que cela soit la
bonne hypothése !
Il Big Bang AURAIT (restons au conditionnel) eu lieu partout à la fois (voir les multiples discussions sur Futura.)
Bonne soirée

[Aroll]

Bonjour,

Les observations actuelles penchent plutôt en faveur d'un univers infini.

Non, les observations actuelles penchent plutôt en faveur d'un univers plat (courbure nulle), mais cela n'implique pas nécessairement que l'univers soit infini.

On peut avoir un univers plat mais néanmoins fini.

Je te donne ici un lien:
http://forums.futura-sciences.com/as...tml#post181418

et un extrait:

Un Univers plat semble intuitivement nécessairement infini, mais ce n'est pas le cas : il pourrait se replier sur lui-même en restant plat, comme un écran de Pac-Man dont la finitude est assurée par le fait qu'en sortant d'un côté, on réapparait de l'autre. Il a été proposé que notre Univers puisse avoir une topologie complexe, par exemple celle d'un dodécaèdre. Ceci est une question ouverte en cosmologie

Il n'y a donc toujours pas lieu d'être affirmatif au sujet de la finitude ou non de l'univers.

Amicalement, Alain

[invited9477870]

Selon une théorie que je viens de découvrir, la théorie des cordes, il existe plusieurs Univers parallèles au nôtre.
Chaque Univers serait contenu dans de gigantesque membrane appelée Branes parallèles entre elle mais non rigide.
En fait ces branes se comporteraient comme des morceaux de tissus balancés par un faible vent.
Ors, les branes se rentreraient dedans à certains moments, l'énergie générée par cette collision créerait dans chaque brane un Big Bang.
Donc en ce moment, une brane nous fonce dessus, va rentrer en collision avec notre Univers. Et un autre Big Bang va avoir lieu.
C'est ce qui ce serait passé il y a 15 milliard d'années.
http://www.dailymotion.com/relevance...ait-pas-encore
Voilà d'où je tire ces infos, attention c'est long.

Qu'en pensez-vous?

[winc]

salut,

ouais c'est pas bête de montrer les différents modèles de big bang proposés par les théoriciens. Mais cela reste de la spéculation, donc je le garderais plus pour la fin de ta réponse. La gravité quantique à boucles propose également un modèle de big-bang (toujours dans le domaine spéculatif).
Sache tout de même que le théorie qui répond "le mieux" à cette question est le modèle standart de la cosmologie auquel il faut ajouter l'inflation (chaotique de préférence). Gràce au fond diffus cosmologique (CMB en anglais pour Cosmic Micro-wave Background) qui est mesuré de plus en plus précisément par le satellite WMAP, il est possible de contraindre de plus en plus ce modèle standart (et les modèle d'inflation) et ainsi de converger vers la théorie la plus à même d'expliquer "la naissance de l'univers".

Je te conseille tout de même (si tu ne l'as pas déjà fait) d'aller faire un tour dans la section "univers" du forum, je pense qu'il y a certains spécialistes qui pourront te donner d'autres infos.

Attention tout de même, lorsque tu étudis un sujet nouveau, va du simple vers le plus compliqué pour ne pas se laisser embrouiller (ce qui se retrouverait dans le plan et la pertinence de ta réponse) par la foultitude d'informations.

[f6bes]

Selon une théorie que je viens de découvrir, la théorie des cordes, il existe plusieurs Univers parallèles au nôtre.

Bsr à toi,
Faut JAMAIS se précipiter ".. il EXISTE plusieurs univers ....".
Car on n'en sait RIEN ! Donc emploie le "conditionnel" plus tot qu'une AFFIRMATION !
A+

[invited9477870]

Et en ce qui concerne le temps de Planck ? Partout je lis que personne ne peut savoir ce qui s'est passé avant, est-ce encore vrai ? Qu'est-ce que le LHC pourrait révéler d'interressant là-dessus? A-t-on nécessairement besoin d'une superforce unique régissant les quatres interactions fondamentales por la comprendre ?

[Karibou Blanc]

Partout je lis que personne ne peut savoir ce qui s'est passé avant, est-ce encore vrai ?

C'est plus que vrai encore aujourd'hui, hélas.

Qu'est-ce que le LHC pourrait révéler d'interressant là-dessus?

A moins d'une énorme surprise, très très peu probable mais qui sait, rien du tout, hélas encore. Il est toutefois possible que le LHC mette en évidence que le temps de Planck réel est beaucoup plus grand que 10^-43 seconde, meme 16 ordres de grandeur plus grand, soit 10^-27 seconde.

A-t-on nécessairement besoin d'une superforce unique régissant les quatres interactions fondamentales por la comprendre ?

Pour comprendre quoi ? Sinon, dans l'absolu, rien n'impose l'unification des quatres interactions. On comprendra néanmoins grand nombre de chose ayant eu lieu au temp de Planck et avant le jour ou on aura une théorie quantique de la gravitation. En ce sens, l'unification n'apporterait pas grand chose.

[invited9477870]

Et l'antimatiére ?
D'aprés mes recherches la matiére et l'antimatiére se serait livrée une bagarre terrible pendant les premiers instants de l'Univers. Leur forces était parfaitement égales jusqu'a ce qu'inexpliquablement la matiére gagna la bataille.
Comment la matiére aurait-elle put battre l'antimatiére si ils étaient à égalité ?
Ou est l'antimatiére aujourd'hui ?

[Coincoin]

Si matière et antimatière étaient parfaitement à égalité et que les lois de la physique étaient exactement les mêmes pour les deux, alors aucune des deux n'auraient pu gagner.
Un des ingrédients nécessaires pour expliquer la victoire de la matière est une brisure de la symétrie entre matière et antimatière(dite symétrie CP). Une faible différence suffit : il me semble que le déséquilibre était de l'ordre de 1 milliardième. La physique des particules a trouvé une telle brisure de symétrie dans certaines réactions, mais qui est encore trop faible pour tout expliquer.

[invited9477870]

Je crois avoir trouvé quelque chose à ce sujet Coincoin, des expériences auraient permis de découvrir une différence infime entre la particule nommé kaon et son antiparticule "l'antikaon". Il ont découvert que le kaon vivait un tout petit peut plus de temps que l'antikaon.
De cette différence d'espérance de vie entrainerait une façon de ce désintégrer différemment. Du coup on se retrouve avec plus de kaon que d'antikaon.
L'univers primordial aurait été composé d'une soupe de quarks et de gluons, ce que l'on a observé sur le kaon aurait-il put être valable pour les quarks, les gluons et leurs antiparticules ? Cela expliquerait comment la matière à vaincu sa sœur jumelle et pourquoi on ne trouve pratiquement plus d'antimatière dans notre Univers aujourd'hui non ?

[Coincoin]

Il faut effectivement que la violation de CP influe sur les quarks et soit suffisante, plus quelques autres conditions :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_de_sakharov

[invite6754323456711]

Si matière et antimatière étaient parfaitement à égalité et que les lois de la physique étaient exactement les mêmes pour les deux, alors aucune des deux n'auraient pu gagner.
Un des ingrédients nécessaires pour expliquer la victoire de la matière est une brisure de la symétrie entre matière et antimatière(dite symétrie CP). Une faible différence suffit : il me semble que le déséquilibre était de l'ordre de 1 milliardième. La physique des particules a trouvé une telle brisure de symétrie dans certaines réactions, mais qui est encore trop faible pour tout expliquer.

Vous n'avez donc toujours la réponse sur la cause ? Mais après avoir trouvé la cause restera la question du pourquoi ou avez-vous déja des pistes de réponses ?

Reste aussi la question de la matière noire (nature non-baryonique ?).

Patrick

[Karibou Blanc]

Vous n'avez donc toujours la réponse sur la cause ? Mais après avoir trouvé la cause restera la question du pourquoi ou avez-vous déja des pistes de réponses ?

La piste la plus célèbre est ce qu'on appelle la baryogénèse électrofaible. Elle repose sur l'existence de violation de CP dans le modele standard, de violation du nombre baryonique et d'un état d'hors équilibre thermique. Conditions qui sont réunies lors de la transition de phase électrofaible. Malheureusement, dans le modele standard ce mécanisme ne permet pas de rendre compte de l'importance observée de l'asymétrie. Néanmoin, s'il existe une nouvelle physique à plus haute énergie, il y a de grande chance pour que ce mécanisme fonctionne. D'autres pistes tout aussi sérieuses repose sur la production d'une asymétrie leptonique à l'échelle GUT, plus tard convertie en asymétrie baryonique par le meme mécanisme qui viole le nombre baryonique dans l'hypothèse de baryogenese électrofaible.

[invited9477870]

Reste aussi la question de la matière noire (nature non-baryonique ?). Citation de ù100fil


Revenons-en à la matiére noire, est-il possible qu'elle soit à l'origine de la super-expansion de l'espace-temps au big bang ? Ou du moins une des actrices principales ? Car si j'ais bien compris c'est elle qui aujourd'hui encore provoque l'expansion de l'Univers, ors l'expansion de l'Univers est le Big Bang sont la même chose.

[Karibou Blanc]

Revenons-en à la matiére noire, est-il possible qu'elle soit à l'origine de la super-expansion de l'espace-temps au big bang ? Ou du moins une des actrices principales ?

Non, ca c'est le role de l'énergie noire.

Car si j'ais bien compris c'est elle qui aujourd'hui encore provoque l'expansion de l'Univers,

Encore une fois, il s'agit de l'énergie noire. Et elle est responsable de l'expansion accélérée, pas de l'expansion tout court.

[invited9477870]

OK, autant pour moi.
Mais tu ne réponds pas à ma question, l'énergie noire est-elle une des principales actrices du Big Bang ? Qu'en sait-on aujourd'hui précisément ? Tout ce que je sais ( ou crois savoir ) c'est que l'énergie noire est produite par la matière sombre et qu'elle compense la gravité provoquant l'accélération de l'expansion de l'Univers. La matière sombre remplirait 70% de notre Univers.

[Karibou Blanc]

l'énergie noire est-elle une des principales actrices du Big Bang ?

Toutes les formes d'énergie influent sur la dynamique d'expansion de l'univers et ce en fonction de leur densité d'énergie. Or ces densités évoluent dans le temps à cause de l'expansion, elles se diluent à des "vitesses" différentes. Par exemple la densité d'énergie des particules relativistes (se comportant presque comme la lumière, v proche de c) se diluent plus rapidemment que celle des particules non-relativistes (typiquement des particules relativement massives). Ainsi, en des instants différents de l'histoire de l'univers ce n'est pas la meme forme de matière (ou d'énergie plus généralement) qui dicte l'évolution de l'univers et de son expansion. La matière noire contribue à la densité d'énergie des particules non-relativistes, qu'on appelle abusivement l'énergie de la matière. Les particules relativistes (v proche de c) comme le photon et les neutrinos contribuent à ce qu'on appelle l'énergie de la radiation. L'énergie noire est tres différente, elle a la propriété de ne pas se diluer avec l'expansion, ce qui ne permet pas de la classer ni comme une forme de matière ni comme une forme de radiation. Il se trouve qu'à une période très jeune de son histoire l'univers était dominé par l'énergie noire, c'est ce qu'on appelle l'inflation. Ensuite la particule responsable de l'inflation s'est désintégrée en particules essentiellement relativistes et aussi en particules massives. Ainsi apres l'inflation, l'univers était dominé par la radiation, et ce jusqu'à que celle-ci, qui se dilue plus vide que la matière, ne finissent par devenir sous dominante comparée à la matière. L'univers est donc entré dans une phase dominée par la matière. Jusqu'à aujourd'hui, la matière s'est tellement diluée que la densité d'énergie noire (qui pour une raison encore inconnue ne s'est pas réduite à zero à la fin de l'inflation) est redevenue dominante. La signature de cela est l'accélération de l'expansion de l'univers observée notamment dans l'étude de la distribution en temps des supernovae.

[invited9477870]

Si je t'ai bien suivi Karibou, l'Univers ne s'étend pas à la même vitesse partout, cette vitesse d'expansion dépend de la matière et donc de la densité de l'énergie ?
Mais sait-on ( ou a-t-on une vague idée) de quoi est constitué le milieu dans lequel notre Univers est en train de s'étendre ? Il y a un moment j'avais parlé de la théorie des Branes issue de la théorie des cordes, si cette théorie se révèle exact sera-t-il possible de répondre à ma question ? Ou atteint-ont des endroits impossible à observer et où touts nos calculs se révélerait faux ?

[zagreb887]

Le problème avec les branes et autres multivers et de la théorie des cordes plus généralement, c'est qu'il s'agit d'objets inobservables.
La théorie est donc inattaquable, vu qu'on ne pourra jamais les confirmer ou les infirmer.

Peut être que le LHC pourra resoudre ce probleme, au moins en partie (si il veut bien arreter de tomber en panne mdr).
Plus probablement il faudra attendre la prochaine génération d'appreils de mesure pour esperer trouver quelque chose dans ce sens.

Donc dans l'état actuel des conaissances, on dira que l'Univers ets en expansion dans "Rien" ce qui prouve combien il reste de chemin à parcourir avant de vraiment comprendre le monde qui nous entoure

[invited9477870]

J'ais sous les yeux un article de "Pour la science" n°375 intitulé : L'Univers rebondissant. Il décrit la possibilité d'un Univers n'étant qu'une suite de Big Bang et de Big Crunch ect... Mais il parle aussi d'atomes d'espace-temps et de structure atomique de l'espace-temps, cependant les atomes sont les constituants de la matiére non ? Cela voudrait dire que l'espace temps est composé de matiére ? Comment représenter cela dans l'Univers 2D d'Einstein ?

[invited9477870]

L'article me parle aussi de la gravitation quantique à boucle, une autre théorie du tout comme la théorie des cordes. Mais les explications que j'ai trouvé sur Internet sont un peut complexes, si quelqu'un pouvait m'expliquer cela avec des mots simples svp.

[Gilgamesh]

Si je t'ai bien suivi Karibou, l'Univers ne s'étend pas à la même vitesse partout

Si, le taux d'expansion varie avec l'époque mais il est le même partout, pour un âge cosmique donné (c'est le principe cosmologique d'un univers homogène et isotrope).


a+

[Gilgamesh]

J'ais sous les yeux un article de "Pour la science" n°375 intitulé : L'Univers rebondissant. Il décrit la possibilité d'un Univers n'étant qu'une suite de Big Bang et de Big Crunch ect... Mais il parle aussi d'atomes d'espace-temps et de structure atomique de l'espace-temps, cependant les atomes sont les constituants de la matiére non ? Cela voudrait dire que l'espace temps est composé de matiére ? Comment représenter cela dans l'Univers 2D d'Einstein ?

Dans "atome" d'espace-temps, il ne faut voir aucun rapport avec l'atome de matière. C'est juste un retour à l'étymologie du mot atome : a-tomos, insécable. Cela signifie que selon cette théorie, on ne peut envisager d'intervalle d'espace temps arbitrairement petit, de dimensions inférieur à la longueur et au temps de Planck par exemple.

a+

[invited9477870]

Si, le taux d'expansion varie avec l'époque mais il est le même partout, pour un âge cosmique donné (c'est le principe cosmologique d'un univers homogène et isotrope).


a+

Donc différents points situés à la "frontière" de l'Univers s'éloignerait tous à la même vitesse du "centre" ? Mais alors touts ces points sont tous aussi éloignés l'un que l'autre de ce fameux "centre", alors l'Univers est un cercle ? Même si cette vitesse varie au cours du temps puisque qu'elle est la même partout ?

[invited9477870]

il y a certainement une erreur dans le raisonnement que je viens de faire mais laquelle ?

PS: Désolé pour l'abus de langage, je voulais dire "sphère" et non "cercle".