Mur de Planck

[invite56d9defe]

Bonjour à vous,

J'ai une petite question. Il y a bien longtemps de ca, j'avais lu un bouquin sur ce qu'il y aurait eu au tout début du Big Bang et dans tout ces amalgames de choses, je me souviens du thème du Mur de Planck.

Or, comme je l'ai dit, c'était il y a bien longtemps. C'est pourquoi je requiert votre aide.

Est-ce qu'une ame charitable ici pourrait me vulgariser ce qu'est le mur de Planck et quelles sont les avancées surle moment du Big Bang ou juste avant ?

Mais je ne suis pas astrophysicien donc essayez de vulgariser un maximum quand même. Merci à vous

Coin Coin
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[Gilgamesh]

Il vaut mieux partir du concept d'unités naturelles de Planck.

Cela permet de définir la grandeur naturelle des choses en utilisant comme étalon de mesure non pas nos unités anthrocentrées (le mètre, la seconde, le kilogramme, le galon, l'empan royal égyptien, etc) mais celles de la nature.

Et dans ce cas, ça commence à 1. Il n'y a pas de descriptions phénoménologiques valables, et pas de calcul physiquement censés pour des fractions de l'unité naturelle. Quand on remonte au début de l'expansion de l'univers, qui commence en t=0 disons, une fraction de temps inférieur au temps de Planck entre t=0 et t=1 unité naturelle n'est pas physiquement définie, d'où cet appellation de "le Mur de Planck" qui est à mon sens assez confusant, car le t=0 de l'expansion n'a probablement pas de signification particulière, pas plus que l'année 0 dans le décours de l'Histoire, ce qui fait qu'on peut très bien définir physiquement un temps avant t=0 sans faire l'équivalent d'une division par zéro



a+

[Gilgamesh]

erratum : anthropocentrées

[Deedee81]

Salut,

Est-ce qu'une ame charitable ici pourrait me vulgariser ce qu'est le mur de Planck et quelles sont les avancées surle moment du Big Bang ou juste avant ?

Le mur de Planck c'est la période où toutes les théories dont on dispose s'effondrent.

On a actuellement deux grandes théories "du monde" : la relativité générale, qui s'applique aux objets de grandes tailles (planètes, étoiles, galaxies, univers) et le Modèle Standard de la physique des particules, qui s'applique aux objets de petite taille (atomes, particules, ...)

Ces deux théories sont très bien validées par l'expérience (et pour la physique des particules la vérification est même incroyablement précise).

Mais ces deux théories sont incompatibles. Et personne ne sait trop comment les marier. On a quand même quelque théories candidates comme la théorie des cordes ou la gravité quantique à boucles. Mais ces théories sont encore non abouties et, le pire, on n'a aucune donnée expérimentale sur le domaine ou ces deux théories s'appliqueraient. C'est trop "exotique" (des niveaux d'énergie qu'on ne peut même pas rêver d'atteindre).

Il se fait que le mur de Planck c'est justement le domaine où ces deux théories interviennent en même temps. D'où le problème. Elles deviennent fortement liées. On montre par exemple qu'à cet instant les forces électromagnétiques (lumière, chimie,...) deviennent de même intensité que les forces de gravitation.

On montre même que dans ce domaine les notions d'espace et de temps doivent forcément être différentes (quelques raisonnements utilisant la gravitation et la physique quantique montrent qu'il doit exister une longueur minimale http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/9403008)

Quelques raisonnements et quelques analyses théoriques montrent que cela se produit à un age de l'univers appelé "temps de Planck" obtenu par une combinaison des constantes intervenant dans les théories (vitesse de la lumière, constante de Planck et constante de la gravitation universelle).

EDIT : croissement avec Gilgamesh qui montre justement ce point.

Pour toutes ces raisons on a fait peu de progrès sur les débuts de l'univers (ou avant si la question se pose). On n'a pas non plus de données d'observation puisque l'univers était opaque au début (avant l'émission du rayonnement fossile).

On a bien quelques modèles, en particulier issus des théories candidates ci-dessus, mais il y a à peu près autant de modèles que de théoriciens. Impossible de savoir ce qui est bon.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite56d9defe]

Et pourquoi pas emettre l'hypothèse d'une troisième théorie "du monde" ?

Ou il faudrait justement ne pas voir comment se comporte qui par rapport à quoi, mais comme elle est elle même, sans avoir de référence. (même si en écrivant ca je me perds)

[Gilgamesh]

Et pourquoi pas emettre l'hypothèse d'une troisième théorie "du monde" ?

Mais en quelque sorte c'est bien cette troisième théorie que l'on recherche et on lui donne pour contrainte n°1 de retrouver les résultats des deux grandes branches qui fondent la physique actuelle.

a+

[invite56d9defe]

En fait j'essaye de m'imaginer ce que serait la vie sous une "théorie de Plank". D'après le lien que donne GIlmanesh (qui renvoie à Wikipedia), qui donne les unités de Plank, comment on a pu donner des valeurs si exactes à des grandeurs (temps, longueur, densité ... ) alors qu'on ignore tout ce qui s'y passe.

Ou alors les valeurs de Plank sont completements indépendantes du mur de Plank ?

Et si on prend l'exemple de la vitesse. Il est dit dans cet article que la longueur de Plank = 1.616 × 10^-35m et que le temps de Plank est de 5.391.10^-44 s. Cela voudrait donc dire qu'un m/s en normal c'est égal à 300 Milliards de m/s pour Plank. ??? .C'est vraiment O_o. Mais je dois surement me tromper.

[Deedee81]

comment on a pu donner des valeurs si exactes à des grandeurs (temps, longueur, densité ... ) alors qu'on ignore tout ce qui s'y passe.

Ce ne sont en réalité que des estimations basées sur des raisonnements approchés.

Par exemple, la longueur minimale, si elle existe (voir l'article que j'ai mis en lien), pourrait être deux fois, 3 fois ou la moitié de cette valeur. On n'a pas de certitude.

Tout ce qu'on sait c'est que dans les environs de ce domaine nos théories ne sont plus valides. Tout comme on sait que dans la gamme des énergies du LHC on doit avoir des écarts aux prédictions du Modèle Standard (pour des raisons très différentes du mur de Planck, évidemment). Sans savoir quels écarts (sinon il n'y aurait pas eut besoin de le construire, c'est l'expérience qui est le chien d'aveugle des physiciens qui avancent dans le noir).

C'est déjà pas mal de savoir où sont à peu près les limites de notre savoir. Ca n'a pas toujours été le cas dans l'histoire des sciences (à la fin du dix-neuvième siècle, plusieurs physiciens et non des moindres pensaient qu'ils avaient presque tout compris. Ils pouvaient difficile se tromper plus que ça). Reste à se retrousser les manches théoriques et expérimentales pour avancer. La recherche est une quête sans fin et une source illimité de surprises merveilleuses

[stefjm]

Mais en quelque sorte c'est bien cette troisième théorie que l'on recherche et on lui donne pour contrainte n°1 de retrouver les résultats des deux grandes branches qui fondent la physique actuelle.

a+

Ca, ce n'est peut-être pas une bonne idée.
On ne demande pas à la MQ de retrouver les résultats de la RG. (et vice versa)

S'il y a une troisième théorie pour l'intermédiaire (entre le grand et le petit), pourquoi devrait-elle retrouver les résultats de la MQ et de la RG?

Au passage, la masse de Planck est une grandeur qui n'a absolument rien d'un mur. ()
Cette masse est trop petite pour les expérimentation en RG et trop grosse pour celle en MQ.

Cordialement.

[Gilgamesh]

En fait j'essaye de m'imaginer ce que serait la vie sous une "théorie de Plank". D'après le lien que donne GIlmanesh (qui renvoie à Wikipedia), qui donne les unités de Plank, comment on a pu donner des valeurs si exactes à des grandeurs (temps, longueur, densité ... ) alors qu'on ignore tout ce qui s'y passe.

Ou alors les valeurs de Plank sont completements indépendantes du mur de Plank ?

Oui mais là tu poses que "il y a un mur de Planck" et tu te demandes par quel moyen en estimer la valeur.

Alors que là je te dis que cette valeur provient directement du calcul sur les constantes. C'est pour ça que je trouve que l'appellation mur de Planck est confusante car elle semble poser qu'il y a une limite ultime alors que ce n'est que ce qui résulte de l'analyse des constantes fondamentale. De même qu'il n'est pas possible d'aller au delà de c, vu le rôle que joue c dans la relation entre l'espace, le temps et la causalité, on ne peut pas segmenter l'unité naturelle, il n'y a pas d'autre définition disponibles de ce que peut être cette limite naturelle.


a+

[Gilgamesh]

Ca, ce n'est peut-être pas une bonne idée.
On ne demande pas à la MQ de retrouver les résultats de la RG. (et vice versa)

S'il y a une troisième théorie pour l'intermédiaire (entre le grand et le petit), pourquoi devrait-elle retrouver les résultats de la MQ et de la RG?

Au passage, la masse de Planck est une grandeur qui n'a absolument rien d'un mur. ()
Cette masse est trop petite pour les expérimentation en RG et trop grosse pour celle en MQ.

Cordialement.

Ah on est d'accord qu'entre la théorie A et la théorie Z il existe peut être des théories intermédiaire B, C, D....Y qui font le lien et peut être que B sera découverte l'année prochaine et Z dans 1000 ans, mais l'idée c'est que l'ensemble {B-Y} forme quelque chose de cohérent qui fasse le lien entre A et Z.

Plus probablement, A et Z seront démantibulée dans un ensemble de compréhension plus vaste mais de la même façon il peut exister autant d'intermédiaire partiel théorique que l'on veut avant unification.

a+

[Deedee81]

Salut,

Ca, ce n'est peut-être pas une bonne idée.
On ne demande pas à la MQ de retrouver les résultats de la RG. (et vice versa)

Non, mais on demande à la RG de retrouver les résultats de la gravité de Newton (et à la MQ de retrouver la mécanique classique).

Ici on parle d'une théorie capable d'englober les deux (MQ et RG) puisque l'on est dans un domaine où les deux devraient s'appliquer. Et donc, elle doit retrouver les deux.

On pourrait imaginer une théorie qui ne s'applique que dans ce domaine. Pourquoi pas ? Mais laisse moi en douter. On n'a rien pour la construire, rien de rien, sauf peut-être des fantasmes Il n'y a aucune donnée expérimentale sur le domaine de Planck. Strictement rien. Que dale. Au moins, la MQ et la RG, c'est déjà quelque chose de solide sur lequel on peut construire en attendant l'arrivée d'accélérateurs linéaires de particules de la taille de la galaxie .

[invite56d9defe]

Et à l'inverse de la situation ici présente où l'on parle du Mur de Plank pour le Big Bang, est-ce qu'on serait expliquer par analogie ce que pourrait être le Big Crunch ?

Edit : et l'accélérateur de particules en Suisse, il permettrait pas de répondre à cela ?

[Deedee81]

Et à l'inverse de la situation ici présente où l'on parle du Mur de Plank pour le Big Bang, est-ce qu'on serait expliquer par analogie ce que pourrait être le Big Crunch ?

Là c'est plus simple.

L'univers est actuellement en expansion. Celon certains modèles (on n'a aucune certitude), il finirait pas s'arrêter puis à se recontracter..... jusqu'à ce que tout soit écrasé dans un minuscule volume. C'est le Big Crunch.

Edit : et l'accélérateur de particules en Suisse, il permettrait pas de répondre à cela ?

Il permettra de comprendre certaines choses dont l'état de la matière à une époque très précoce du Big Bang. Mais il sera loin, très loin, très très très très loin de pouvoir atteindre le mur de Planck.

Il faudrait pour cela un accélérateur de particules de la taille de notre galaxie (un peu moins si on améliore les techniques d'accélération mais ça restera quand même trop grand).

[Gilgamesh]

et peut être que B sera découverte l'année prochaine et Z dans 1000 ans

erratum : ...et Y dans 1000 ans

a+

[invite56d9defe]

Mais comment on a pu déterminer que ca finirait en Big Crunch ?????

Parce que l'univers a tendance à se dilater si j'ai bien compris, donc au bout d'un moment, ca devrait lacher (eclater) non ?? Ou au moins arrêter de se dilater ??

Et en parlant de l'accélerateur du CERN, il est déjà opérationnel ? Et si oui, il est à la hauteur des attentes ?

[invite80fcb52e]

Mais comment on a pu déterminer que ca finirait en Big Crunch ?????

Il a été précisé "dans certains modèles", et le modèle standard (celui qui décrit le mieux les observations) nous dit justement que ça ne finira pas en Big Crunch, parcqu'il y a l'énergie sombre qui accèlère l'expansion et cette expansion durera éternellement...

[Deedee81]

Mais comment on a pu déterminer que ca finirait en Big Crunch ?????

On ne sait pas si ça sera le cas. C'est juste une des possibilités.

Et en parlant de l'accélerateur du CERN, il est déjà opérationnel ? Et si oui, il est à la hauteur des attentes ?

Il marche mais patience. Il monte tout doucement en régime et il faut aussi énormément de temps pour analyser les milliards de chiffres issus (!) de chaque expérience.

[invite56d9defe]

Et les autres possibilités à part le Big Crunch, ce serait quoi ?

Concernant le CERN, est-ce qu'il sert uniquement à l'astrophysique (ou des sciences des étoiles je me comprends) où il peut avoir des fins par rapport à la médecine ou autre ?

[Deedee81]

Salut,

Et les autres possibilités à part le Big Crunch, ce serait quoi ?

Il n'y a qu'une autre possibilité : pas de nig crunch. C'est-à-dire un univers qui s'étend indéfiniment.

Après, il peut y avoir des variantes.

- Le big crunch peut être
-- une fin définitive
-- un rebond (avec un nouvel univers qui nait après)
- L'expansion éternelle
-- peut se stabiliser
-- peut continuer indéfiniment (mort "entropique" de l'univers et par le vide)
-- peut violemment s'accélérer (big slash) jusqu'à éclatement de tout même des atomes

Concernant le CERN, est-ce qu'il sert uniquement à l'astrophysique (ou des sciences des étoiles je me comprends)

Non, pas du tout. Au contraire, cet aspect lié à l'astrophysique est plutôt un "effet de bord" du fait que l'astrophysique fait usage de la physique des particules.

Le LHC c'est surtout pour étudier la physique des particules. Plus exactement pour atteindre un domaine où l'on pense que le Modèle Standard de la physique des particules serait en défaut. Avec l'espoir d'observer quelques petits trucs sympas (probablement le Higgs, peut-être des particules super-symétriques, des dimensions cachées, des micro-trous noirs, etc...).

où il peut avoir des fins par rapport à la médecine ou autre ?

Là, c'est nettement moins probable. On utilise bien des accélérateurs de particules en médecine (cyclotrons, protons et neutrons thérapies,...). Mais les niveaux d'énergie nécessaires sont très très très faibles par rapport à ce que produit le LHC.

Il peut éventuellement y avoir des retombées indirectes via la technologie employée. Par exemple pour la fabrication d'électro-aimants très puissants et très compacts. Ce qui est utile pour les IRM, par exemple.

D'une manière générale, les retombées directes des découvertes ne sont pas pour l'immédiat. Il y a toujours le cheminement : recherche fondamentale -> recherche appliquée -> industrie. Et ça peut prendre plus ou moins de temps. Un cas particulièrement long est la fusion thermonucléaire. Réalisée (malheureusement pour des armes) il y a une soixantaine d'années. Mais toujours pas maitrisée à un niveau industriel pour la production d'énergie. Parfois ça va plus vite. Entre la découverte des rayons X et leur usage en radioagraphie, il s'est écoulé moins de vingt ans (Marie Curie s'en est servie sur les champs de bataille de la première guerre mondiale pour soigner les soldats).

On verra. Mais je doute qu'on voie de notre vivant des applications commerciales des découvertes fondamentales du LHC. Mais, bon, je peux me tromper (Hertz pensait que sa découverte des ondes radios n'aurait jamais aucune application )

[invite56d9defe]

En repensant à tout ca, il y a un truc que j'ai du mal à saisir. Si quand on voit loin, on voit dans le passé alors en théorie comment on peut voir dans le futur ?

Je sais si je suis très clair dans ce que je dis, mais si on peut que voir dans le passé, c’est que l’on est à une extremité ? Ou alors c’est que l’on est en plein milieu ?

Si ma question n’a pas de sens, la prenez pas en considération.

Je me suis renseigné sur le LHC, et j’ai lu qu’il avait vraiment commencé les experiences le 30 Avril, c’est donc tout récent. Il y a déjà des résultats depuis ce moment ?

Aussi, il y a aussi un accélerateur aux EU si j’ai bien compris, le Tevatron il me semble. Or j’ai lu qu’il pourrait également détecter prochainement le boson de Higgs à la surprise générale. Mais en même temps, ils veulent ralentir l’accélerateur pour fermer la chose petit à petit. Je comprends pas cela, parce que s’ils sont sur le point de faire une grande découverte, alors pourquoi l’arrêter ? Je suppose qu’il y a toujours une sorte de rivalité entre les USA et l’Europe alors pourquoi ?

Aussi une autre question sur le LHC, pourquoi le construire si grand en fait ? Pour que les particules atteignent une vitesse très elevée ?

Coin Coin

[Deedee81]

Salut,

Je me suis renseigné sur le LHC, et j’ai lu qu’il avait vraiment commencé les experiences le 30 Avril, c’est donc tout récent. Il y a déjà des résultats depuis ce moment ?

Des données mais pas encore de résultat. Il faudra des mois pour analyser ces données.

Pour le tevatron, je ne sais pas.

Aussi une autre question sur le LHC, pourquoi le construire si grand en fait ? Pour que les particules atteignent une vitesse très elevée ?

Oui, c'est ça. Pour leur communiquer une énergie énorme (énergie cinétique).

Il y a deux problèmes :
- Lorsqu'une particule chargée tourne, elle perd de l'énergie par rayonnement. Energie perdue puisqu'on cherche à lui en communiquer. On peut minimiser cette perte avec un très grand rayon de courbure.
- Pour faire tourner une particule ayant unt telle vitesse il faut des champs magnétiques énormes. C'est en fait ça le facteur limitatif, pas le précédent. On diminue ça aussi en créant un cercle immense (ça tourne moins fort ). Mais il faut quand même des aimants surpuissants à supraconducteurs.

Etant entendu qu'on a une forme circulaire pour que les particules puissent être accélérées avant la collision. Les particules font plusieurs fois le tour.

Avec un accélérateur linéaire, l'accélération doit être énorme puisque une fois arrivé au bout on a la collision et la longueur n'est jamais très grande (plus petite que de faire de nombreux tours du LHC).

[invite56d9defe]

J’ai bien compris ce que tu as dis, merci. Mais ces particules rentrent en collision avec elle-même ? Ou avec d’autres particules ? Ou avec un lit fixe ?

Et les nombreux détecteurs qui sont là (comme Atlas) sont situé aux endroits stratégiques je suppose, il y aurait donc plusieurs collisions ayant lieu dans le LHC ?

Il y aurait également plusieurs « routes » de particules si celles-ci peuvent faire plusieurs fois le tour sans se rencontrer ?

Et la vitesse qu'atteignent les particules, c'est de quel ordre ?

Coin Coin

[invitec7c23c92]

J’ai bien compris ce que tu as dis, merci. Mais ces particules rentrent en collision avec elle-même ? Ou avec d’autres particules ?

Il y a deux faisceaux qui tournent en sens inverse, et que l'on fait se croiser pour avoir des collisions.

Et les nombreux détecteurs qui sont là (comme Atlas) sont situé aux endroits stratégiques je suppose, il y aurait donc plusieurs collisions ayant lieu dans le LHC ?

Les faisceaux se croisent au niveau des détecteurs.

Et la vitesse qu'atteignent les particules, c'est de quel ordre ?

Mettons 0,999999991 fois la vitesse de la lumière (à 7 Tev).
Mais on ne compte pas comme ça, c'est peu pratique, on préfère parler de leur énergie, qui se compte en tera électrons-volt.

[Deedee81]

Salut,

Complément à la réponse précédente.

J’ai bien compris ce que tu as dis, merci. Mais ces particules rentrent en collision avec elle-même ? Ou avec d’autres particules ? Ou avec un lit fixe ?

Tu as eut la réponse pour le LHC mais ça dépend aussi des accélérateurs. Parfois c'est sur une cible fixe.

Il y aurait également plusieurs « routes » de particules si celles-ci peuvent faire plusieurs fois le tour sans se rencontrer ?

Les faisceaux sont très fins. Pour qu'il y ait collision il faut que la trajectoire soit finement ajustée. En fait, il est plus difficile de produire les collisions que les éviter (et les produire au bon endroit). Donc, il est assez facile d'avoir des trajectoires légèrement différentes pour que les paquets se croisent plusieurs fois avant de se percuter.

[invite4b0d1657]

Bonjour,

Puisqu’il y a un temps de Planck et une longueur de Planck, cela signifie que le passage du temps et l’augmentation de longueur ne se font pas de manière continue mais par palier alors ?
C’est comme si on parcourait 1 mètre ou 2 mètres, mais sans passer par 1m50 alors ?
Y aurait-il un rapport avec l’émission d’énergie photonique par palier ? Et par extension avec les couches atomiques ?

[Deedee81]

Salut,

Puisqu’il y a un temps de Planck et une longueur de Planck, cela signifie que le passage du temps et l’augmentation de longueur ne se font pas de manière continue mais par palier alors ?
C’est comme si on parcourait 1 mètre ou 2 mètres, mais sans passer par 1m50 alors ?

Exact. Ce qui peut être troublant.

Quand on prend une théorie comme la gravitation quantique à boucles, c'est même assez surprenant.

D'une part, ce qui est quantifié, ce sont les longueurs, les durées (et les surfaces et volumes) mais pas les positions !!!! (l'espace-temps n'est pas discrétisé).

En outre, le spectre n'est pas homogène. Ainsi, les longueurs possibles sont de plus en plus serrées. Après quelques longueurs de Planck, le spectre est quasi continu. Je ne me souviens plus des chiffres de tête mais disons : 1 longueur de Planck, 2 longueurs de Planck, puis 2.5, 3.1, 3.12, 3.124, 3.1241, etc...

C'est vachement difficile à se représenter mentalement. On peut raisonner avec les représentations qu'on trouve dans ce domaine (on représente l'espace-temps sous forme de graphes !) mais ça n'aide pas à se faire facilement une idée du lien avec l'espace-temps réel.

Ce n'est pas qu'une difficulté de représentation mentale d'ailleurs. Une des difficultés majeures de la gravité quantique à boucles c'est ça ! On n'a même pas encore trouvé quelle était l'équivalent semi-classique dans cette représentation de l'espace-temps de Minkowski (espace-temps plat sans matière). Ce qui bloque quelque peu les travaux théoriques.

Y aurait-il un rapport avec l’émission d’énergie photonique par palier ? Et par extension avec les couches atomiques ?

Oui et non.

Le mécanisme est semblable. C'est dû à la quantification. On la retrouve partout : quantification de l'énergie (et donc de l'émission de la lumière = photons), quantification de l'espace et du temps (en gravité quantique).