Perte d'énergie des photons du CMB

[invitecc10d948]

Bonsoir,

J'ai une petite interrogation concernant le rayonnement fossile.
Celui-ci est constitué de photons initialement à 3000K, maintenant à 2,7K. J'ai bien compris les mathématiques régissant cela, mais je n'ai pas compris où va l'énergie perdue.
J'ai assisté à une conférence de Smoot où celui-ci a répondu à cette question en évocant un "cube" et une analogie à l'effet Doppler (j'ai un peu oublié, et je n'avais pas vraiment compris sur le moment).

De façon moindre, je trouve assez étrange que l'expansion de l'Univers conserve le caractère "corps noir parfait". J'aurais trouvé plus logique à première vue une simple dilatation de la courbe initiale.

Par ailleurs, si votre réponse à ma question principale est "l'énergie ne se conserve dans ce cas-là", quelle serait la justification pour que cela (la conservation de l'énergie) soit un tel principe inébranlable sauf dans ce cas ?

Merci d'avance !
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[invite88ef51f0]

Salut,

J'ai une petite interrogation concernant le rayonnement fossile.
Celui-ci est constitué de photons initialement à 3000K, maintenant à 2,7K. J'ai bien compris les mathématiques régissant cela, mais je n'ai pas compris où va l'énergie perdue.

Nulle part. L'énergie n'est pas conservée donc la question n'a pas de sens. Ça serait comme de se demander d'où vient notre âge quand on vieillit.

J'ai assisté à une conférence de Smoot où celui-ci a répondu à cette question en évocant un "cube" et une analogie à l'effet Doppler (j'ai un peu oublié, et je n'avais pas vraiment compris sur le moment).

Quand les distances augmentent d'un facteur a, la densité énergétique du rayonnement varie comme 1/a⁴. Il y a un facteur 1/a³ qui vient de l'augmentation du volume et un autre facteur 1/a qui vient du décalage spectral (la longueur d'onde augmente avec l'expansion).

De façon moindre, je trouve assez étrange que l'expansion de l'Univers conserve le caractère "corps noir parfait". J'aurais trouvé plus logique à première vue une simple dilatation de la courbe initiale.

Il y a deux choses qui caractérisent un spectre de corps noir : sa forme et son amplitude. Pour ce qui est de la forme, ça ne dépend que de nu/T (où nu est la fréquence). Donc diviser toutes les fréquences par 2 donne la même forme qu'un corps noir de température 2 fois plus faible. Pour ce qui est de l'amplitude, c'est la dilution de l'énergie comme expliquée plus haut qui s'occupe de redonner, de manière un peu magique, les bons facteurs.

Par ailleurs, si votre réponse à ma question principale est "l'énergie ne se conserve dans ce cas-là", quelle serait la justification pour que cela (la conservation de l'énergie) soit un tel principe inébranlable sauf dans ce cas ?

Le théorème de Noether ! C'est un théorème puissant qui relie des invariances à des lois de conservation. Par exemple, la conservation de l'énergie découle directement de l'invariance par translation dans le temps. Mais dans un univers en expansion, cette invariance n'existe plus et il n'y a donc plus de raison fondamentale que l'énergie soit conservée.

[invitecc10d948]

Merci beaucoup, très instructif
J'avais déjà entr'aperçu le théorème de Noether, mais je n'y avais pas du tout pensé pour ce problème.
Si tu (ou quelqu'un d'autre, bien sûr) aurais une bonne adresse (ou un bon bouquin) à me conseiller qui expliquerait pédagogiquement les bases de la symétrie en physique théorique et le théorème de Noether, je prends ! Sachant que j'ai un niveau assez faible en théorie des champs (je connais juste la mécanique lagrangienne classique et le formalisme lagrangien de l'électromagnétisme).

[invite88ef51f0]

Sur les symétries, ma bible c'est ça : http://cel.archives-ouvertes.fr/docs...ES-2efinal.pdf
C'est le cours de théorie des groupes du M2 NPAC, fait en introduction du cours de théorie quantique des champs.

Par contre la partie sur Noether n'est pas dedans. La démonstration ne prend que quelques lignes. Tu peux regarder Wikipédia, ça doit y être fait (au moins dans la version anglaise).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitecc10d948]

Il fallait savoir à tout prix, même au prix de la plus grande souffrance.
J'ai pris, j'ai ouvert le couteau à ouvrir les yeux.

Ouch, ça a l'air d'être sérieux le chapitre "Théorie quantique et symétries"
Merci pour ce PDF sinon, il m'a l'air bien fait et - du moins dans les premières parties - à mon niveau.
Quant au théorème de Noether, la Wikipédia anglaise m'a apporté beaucoup d'éclaircissements. Reste à l'intégrer réellement.