L'énergie cinétique du Big Bang???

[invitef448c0cc]

Je lis quelques bouquins sur le Big Bang, et il y a un point que je ne comprends pas bien: sait-on pourquoi une matière ultradense se met à avoir une expansion? Cad à avoir une énergie cinétique énorme, qui contrebalance l'énergie potentielle de gravitation?
Certes, une fois qu'on se donne cette énergie cinétique, on peut décrire un modèle d'expansion avec la Relativité Générale (ce que font Friedmann, Lemaître, etc). Mais il faut bien se donner une énergie d'origine inconnue???
Est-ce bien un point obscur de la théorie, ou y a-t-il une explication?
Si c'est un point obscur, je ne vois pas en quoi l'énergie sombre obscurcit le prob aujourd'hui, si je puis dire.

Merci à tous ceux qui m'aideront à y voir plus clair.
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[Seirios]

Bonjour,

ait-on pourquoi une matière ultradense se met à avoir une expansion? Cad à avoir une énergie cinétique énorme, qui contrebalance l'énergie potentielle de gravitation?
Certes, une fois qu'on se donne cette énergie cinétique, on peut décrire un modèle d'expansion avec la Relativité Générale (ce que font Friedmann, Lemaître, etc). Mais il faut bien se donner une énergie d'origine inconnue???

Il faut faire attention : lorsque que l'on dit que l'univers est en expansion, c'est "l'espace qui se dilate", ce n'est pas les objets qui s'éloignent directement les uns des autres (donc il n'y a pas d'énergie cinétique).
(Je ne suis pas sûr que ce que j'ai dit soit très bien formulé.)

[invitef448c0cc]

Merci pour la réponse Phys2.
Je comprends: c'est l'image du gâteau aux raisins qui est souvent donnée. Ou encore, c'est le concept de comobilité des galaxies.
Ok. Mais cette manière de présenter les choses (en fait de présenter la Relativité Générale) n'enlève pas le point obscur:
Si c'est l'espace qui s'étend, pourquoi s'étend-il? Surtout au moment du Big Bang, où la matière est ultradense???
Il faut bien supposer une énergie ou une force.

[invite80fcb52e]

On peut mettre une énergie exotique qui a l'effet inverse de la gravité (comme l'énergie sombre par exemple) mais dont la densité diminue avec l'expansion. Du coup quand l'univers est très dense, tu vas avoir cette énergie qui a une très grande densité et donc va entrainer une expansion énorme (comme l'inflation par exemple) et qui va ralentir au fur et à mesure de l'expansion car la densité diminue. Si cette densité décroit plus vite que celle de la matière/rayonnement, cette dernière va finir par dominer l'univers jeune et donc tu auras l'univers toujours en expansion mais qui ralentit à cause de la matière/rayonnement (c'est ce qu'on connaît).
Puis récemment arrive l'ère de l'énergie sombre (constante cosmologique?) qui fait réaccélérer l'expansion de l'univers.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef448c0cc]

D'accord avec toi Gloubiscrapule,
si aujourd'hui on est sûr de l'existence d'une énergie sombre (du fait de l'accélération de l'expansion), cette énergie peut effectivement être à l'origine de l'expansion de l'univers. Du moins c'est logique.
Mais, bizarrement, on ne présente pas les choses ainsi (dans la bonne dizaine de bouquins que j'ai sous la main!), ou alors j'ai pas pigé.
Pour l'inflation, à la première microseconde: on parle d'un champ, mais sans faire de lien à l'énergie sombre.
Et, si je comprends bien, l'inflation n'est que l'accélération d'une expansion qui existe déjà. Comme si une force qui contrebalance la gravité était posée à t=0.
D'ailleurs, pour l'énergie sombre, le champ d'inflation, ou l'expansion à t=0, peut-on éviter de parler d'une force ou de forces (autres que les quatre forces fondamentales)?

[mariposa]

D'accord avec toi Gloubiscrapule,
si aujourd'hui on est sûr de l'existence d'une énergie sombre (du fait de l'accélération de l'expansion), cette énergie peut effectivement être à l'origine de l'expansion de l'univers. Du moins c'est logique.
Mais, bizarrement, on ne présente pas les choses ainsi (dans la bonne dizaine de bouquins que j'ai sous la main!), ou alors j'ai pas pigé.
Pour l'inflation, à la première microseconde: on parle d'un champ, mais sans faire de lien à l'énergie sombre.

bonjour,

Il y a une question de méthodologie.

En fait on part de l'observation de l'isotropie du CMB. Par une suite de considérations, sur lesquelles je fais l'impasse on en déduit que l'évolution de l'univers a subie une expansion très rapide que l'on appelle l'inflation.

Pour traduire cela en langage mathématique on invente un champ de forme ad'hoc que l'on appele inflaton et que l'on couple au champ gravitationnel de sorte à rendre compte de l'évolution rapide.

relativement à la période où seule existe une théorie quantique, le champ d'inflation est censé émergé comme approximation classique du monde quantique.

[Deedee81]

Salut,

J'exprime uniquement mon opinion, mais à mon avis nous en savons tout simplement trop peu (autant par l'observation que par la théorie) pour savoir s'il y a un lien même ténu entre origine, inflation et énergie noire.

Ceci n'empêche pas de spéculer, évidemment, voire de sciencefictionner

[ordage]

Salut,

J'exprime uniquement mon opinion, mais à mon avis nous en savons tout simplement trop peu (autant par l'observation que par la théorie) pour savoir s'il y a un lien même ténu entre origine, inflation et énergie noire.

Ceci n'empêche pas de spéculer, évidemment, voire de sciencefictionner

Salut

L'energie noire, à supposer que ce soit une constante cosmologique, (mais ce peut être autre chose auquel cas les conclusions pourraient différer) n'avait aucun effet au tout début de l'univers et même sans remonter si loin au moment du découplage (Z =1100) son effet sur la dynamique de l'univers devait être de l'ordre du milliardième par rapport à la matière

Si elle est (faiblement) dominante aujourd'hui c'est que l'effet de la matière et du rayonnement ont été dilués (en puissance 4 pour le rayonnement et 3 pour la matière) par l'expansion alors que pour la constante cosmo, comme son nom l'indique, cela n'a pas été le cas!

Pour l'inflation, on invoque un champ scalaire qui semblerait avoir disparu, l'énergie noire pouvant éventuellement en être le fossile (mais c'est très spéculatif).

Mais lorsqu'on s'intéresse au tout début de l'univers, il ne faut pas oublier que la relativité est une théorie de la gravitation qui est aujourd'hui et qui a été longtemps l'interaction dominante pour décrire la dynamique de l'univers mais que dans un univers très très petit on entre dans une physique qu'on ne connaît pas et d'autres interactions peuvent jouer un rôle dans cette dynamique.

Pour cela, ce dont on ne peut rien dire, on évite d'en parler, faut bien que la nature conserve quelques mystères!


Cordialement

[Deedee81]

L'energie noire, à supposer que ce soit une constante cosmologique, (mais ce peut être autre chose auquel cas les conclusions pourraient différer) n'avait aucun effet au tout début de l'univers et même sans remonter si loin au moment du découplage (Z =1100) son effet sur la dynamique de l'univers devait être de l'ordre du milliardième par rapport à la matière

D'accord..... si c'est effectivement une constante (cosmologique). On n'en sait rien.

L'ajout du terme de constante cosmologique dans les équations d'Einstein est assez tentant et séduisant (c'est même la forme la plus générale de ces équations, c'est donc très naturel). Mais cela n'indique ni si c'est la bonne manière de faire, ni l'origine physique de ce terme, ni s'il est réellement constant.

(mais c'est très spéculatif).

Mais oui, c'est bien mon propos. Je suis d'accord avec tes explications. Mais je trouve ça aussi très spéculatif Très limite même (même lorsque les études sont théoriquement solides, c'est trop spéculatif à mon goût). Enfin, bon, ça "déblaie le terrain", c'est déjà ça, et puis chacun ses gouts. Moi aussi je spécule fréquemment

Pour cela, ce dont on ne peut rien dire, on évite d'en parler, faut bien que la nature conserve quelques mystères!

Ben oui, sinon on serait au chomage, ce serait bien triste

Un élément important pour comprendre sera sans doute l'observation précise de l'accélération de l'expansion sur ces quelques derniers milliards d'années (ce sera plus difficile pour l'inflation ).

C'est comme pour la matière noire. A moins qu'un génie ne comprenne ou qu'un expérimentateur doué mette la main dessus (la main noire, évidemment ), c'est en complétant au maximum son portrait qu'on aura le plus de chance de découvrir sa "nature".

[mariposa]

Salut

L'energie noire, à supposer que ce soit une constante cosmologique, (mais ce peut être autre chose auquel cas les conclusions pourraient différer) n'avait aucun effet au tout début de l'univers et même sans remonter si loin au moment du découplage (Z =1100) son effet sur la dynamique de l'univers devait être de l'ordre du milliardième par rapport à la matière

Si elle est (faiblement) dominante aujourd'hui c'est que l'effet de la matière et du rayonnement ont été dilués (en puissance 4 pour le rayonnement et 3 pour la matière) par l'expansion alors que pour la constante cosmo, comme son nom l'indique, cela n'a pas été le cas!

Pour l'inflation, on invoque un champ scalaire qui semblerait avoir disparu, l'énergie noire pouvant éventuellement en être le fossile (mais c'est très spéculatif).

Mais lorsqu'on s'intéresse au tout début de l'univers, il ne faut pas oublier que la relativité est une théorie de la gravitation qui est aujourd'hui et qui a été longtemps l'interaction dominante pour décrire la dynamique de l'univers mais que dans un univers très très petit on entre dans une physique qu'on ne connaît pas et d'autres interactions peuvent jouer un rôle dans cette dynamique.

Pour cela, ce dont on ne peut rien dire, on évite d'en parler, faut bien que la nature conserve quelques mystères!


Cordialement

Bonjour,

Je ne pense pas que l'on puisse mettre inflation, énergie sombre, matière noire sur le même pied.

matière noire.

S'agissant de la matière noire noire, son existence et ses effets sont bien argumentés expérimentalement. Ce que l'on ne sait pas c'est sa nature,son identité en tant que champ ou particules. En restant dans des limites raisonnables des extensions du modèle standard, il s'agit d'une particule sensible à la seule interaction faible, ce pourrait être un nouveau neutrino. Si l'on va chercher du coté des modèles supersymétriques on a une quantité énormes de possibilités (autant qu'il y a de théories supersymétriques).

Inflation.

Du coté de l'inflation le cadre théorique est bien déterminée et fait des prévisions expérimentales. Il résout le problème de l'horizon et donc l'isotropie du CMB. Mais surtout en introduisant un nouveau champ, l'inflaton Inf couplé au champ gravitationnel, il permet d'introduire des effets quantiques en décomposant celui-ci en:

Inf = Inf° + d.Inf

où Inf° est une valeur moyenne (au sens quantique) donc classique et c'est elle qui conduit l'évolution inflationnaire

et d.inf est une composante fluctuante que l'on quantifie. Cette fluctuation d'excitation d'inflaton couplée au champ gravitationnel donne des fluctuations de métriques qui vont être la source de germes pour faire croitre des concentrations de matière noire à l'origine des galaxies. Ces germes de matière noire vont être également ceux qui vont initier l'instabilité à l'époque de la recombinaison et laisse des traces sous la forme des fluctuations du CMB.


On a donc un modèle général dans lequel on peut intégrer tous les résultats d'observation et faire des prévisions à tester. En fait c'est plutôt un cadre méthodologique car on peut prendre un champ scalaire dans lequel on a comme degrés de liberté la forme du potentiel. On peut également envisager un champ à plusieurs composantes (vectoriel ou tensoriel).

Contrairement à l'inflation qui est bien étayée, mais qui n'est pas encore la réponse définitive,loin sans faut, je suis d'accord sur le fait que tout ce qui touche à l'énergie noire est assez fumeux.

[xxxxxxxx]

Je lis quelques bouquins sur le Big Bang, et il y a un point que je ne comprends pas bien: sait-on pourquoi une matière ultradense se met à avoir une expansion? Cad à avoir une énergie cinétique énorme, qui contrebalance l'énergie potentielle de gravitation?
Certes, une fois qu'on se donne cette énergie cinétique, on peut décrire un modèle d'expansion avec la Relativité Générale (ce que font Friedmann, Lemaître, etc). Mais il faut bien se donner une énergie d'origine inconnue???
Est-ce bien un point obscur de la théorie, ou y a-t-il une explication?
Si c'est un point obscur, je ne vois pas en quoi l'énergie sombre obscurcit le prob aujourd'hui, si je puis dire.

Merci à tous ceux qui m'aideront à y voir plus clair.

bonjour

à propos de l'énergie au début du big bang et actuelle dans l'univers, il y a cette hypothèse que j'affectionne particulièrement :

http://en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe

cordialement

[invite80fcb52e]

On peut mettre une énergie exotique qui a l'effet inverse de la gravité (comme l'énergie sombre par exemple) mais dont la densité diminue avec l'expansion.

Attention je donnais juste un exemple possible pour expliquer l'expansion de l'univers: il suffit de mettre une sorte d'énergie sombre qui n'est pas forcément la même que celle d'aujourd'hui.

Et il en a surement d'autres comme le champ scalaire inflaton etc...

[invitef448c0cc]

La conclusion vers laquelle je me dirige :
Ok, l'hypoth de l'énergie sombre, c'est spéculatif (mais intéressant et justifié). Et c'est reconnu.
Idem pour l'hypoth de l'inflation.
Par contre, la cause du début de l'expansion, à t = 0, ça me semble aussi une énigme, alors que c'est peu dit dans les ouvrages sur le sujet. Sans doute parce que, au delà du mur de Planck, on ne dit rien.

Je suis allé voir la page indiquée par 8x. Apparemment, la théorie du zéro-énergie pose l'existence d'un champ d'inflation pour expliquer tous les moments de l'expansion. Ca a le mérite d'être simple. Est-ce la vérité???

[ordage]

Bonjour,

Je ne pense pas que l'on puisse mettre inflation, énergie sombre, matière noire sur le même pied.

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Salut

Pour la matière noire, dont je n'ai pas parlé, c'est différent car dans l'équation de Friedmann Lemaître elle a la même équation d'état que la matière baryonique à la différence de l'énergie noire.
Reste à déterminer sa nature physique. Les neutrinos cosmologiques auraient pu faire l'affaire mais leur contribution aujourd'hui est beaucoup trop faible.

Pour l'inflation, elle est en général intégrée (add on) dans le modèle standard, mais elle suppose qu'il y eu un champ dont on n'a pas trouvé pas la trace aujourd'hui (à ma connaissance).

Il faut aussi rappeler que des modèles d'inflation il y en a eu pas mal de versions et qu'à ma connaissance il faut ajuster très finement les paramètres pour obtenir un résultat conforme aux observations.

Aussi la justifier par les effets qu'on constate aujourd'hui est un argument un peu faible car elle a été construite et ajustée pour cela.

Mais peut être que le satellite Planck pourra trouver des indices de cette hypothèse (il me semble qu'il y a des effets sur la polarisation du RFC qui seraient caractéristiques de cette hypothèse).

Donc nous aurons peut être un complément d'info prochainement.

Cordialement

[mariposa]

Salut

Pour la matière noire, dont je n'ai pas parlé, c'est différent car dans l'équation de Friedmann Lemaître elle a la même équation d'état que la matière baryonique à la différence de l'énergie noire.

Bien sûr la matière noire n'a rien d'exceptionnel par rapport à la matière baryonique.

Reste à déterminer sa nature physique. Les neutrinos cosmologiques auraient pu faire l'affaire mais leur contribution aujourd'hui est beaucoup trop faible.

Il y a potentiellement dans dizaines de possibilités. Il est à peu prêt sûr que l'on découvrira de nombreuses (?) particules au LHC dont peut-être celle (ou celles) correspondant à la matière noire.

Pour l'inflation, elle est en général intégrée (add on) dans le modèle standard, mais elle suppose qu'il y eu un champ dont on n'a pas trouvé pas la trace aujourd'hui (à ma connaissance).

C'est le principe de la méthode scientifique, on fait hypothèse de l'existence d'un champ avec de telles propriétés et on essaie d'établir un modèle intégrant des observations. si cette intégration est réussie on fait des pronostics, c'est à dire des expériences tests. Le modèle restera valable aussi longtemps qu'il sera en accord avec l'expérience.

Par ailleurs on ne verra jamais l'inflaton, pas plus que l'on ne verra jamais le champs de Higgs au LHC. Dans le meilleur des cas on verra des produits de désintégration qui seront la signature du boson de Higgs (inobservable). Si cette identification est réussi alors le champ de Higgs entrera dans les annales de la physique ainsi que ses conséquences. Pour le champ inflaton, c'est la même chose. On ne verra jamais ce champ, ce que l'on verra ce sont ses conséquences.

Il faut aussi rappeler que des modèles d'inflation il y en a eu pas mal de versions et qu'à ma connaissance il faut ajuster très finement les paramètres pour obtenir un résultat conforme aux observations.

Pour ce que j'ai pu lire, il s'agit d'un cadre général qui explique au moins qualitativement beaucoup de choses, comme je l'ai expliqué précedemment.

Aussi la justifier par les effets qu'on constate aujourd'hui est un argument un peu faible car elle a été construite et ajustée pour cela.

Tous les modèles physiques fonctionnent comme cela depuis que la physique existe. Les équations de Maxwell proviennent de l'expérience et non pas d'une quelconque déduction. Tu sembles croire qu'il faudrait que l 'inflaton doit nécessairement sortir d'un cadre théorique.

Ce cadre théorique existe et a un non générique: La théorie gravitation quantique. Si celle-ci existait on montrerait que le champ inflaton est une approximation quasi-classique de cette théorie.

Mais peut être que le satellite Planck pourra trouver des indices de cette hypothèse (il me semble qu'il y a des effets sur la polarisation du RFC qui seraient caractéristiques de cette hypothèse).

Donc nous aurons peut être un complément d'info prochainement.

Cordialement

Absolument, il faut cumuler des résulter expérimentaux et fabriquer le modèle qui colle tous les morceaux. C'est la bonne méthode en attandant une hypothétique théorie de la gravitation quantique.

[xxxxxxxx]

La conclusion vers laquelle je me dirige :
Ok, l'hypoth de l'énergie sombre, c'est spéculatif (mais intéressant et justifié). Et c'est reconnu.
Idem pour l'hypoth de l'inflation.
Par contre, la cause du début de l'expansion, à t = 0, ça me semble aussi une énigme, alors que c'est peu dit dans les ouvrages sur le sujet. Sans doute parce que, au delà du mur de Planck, on ne dit rien.

Je suis allé voir la page indiquée par 8x. Apparemment, la théorie du zéro-énergie pose l'existence d'un champ d'inflation pour expliquer tous les moments de l'expansion. Ca a le mérite d'être simple. Est-ce la vérité???

bonjour,

juste pour le fun, y a un moment que ça me turlupine. En plus j'ai mis du temps pour arriver à une formulation sous forme d'équation

Merci

c'est une bonne nouvelle, pour une fois je retrouve un résulat connu, je progresse

ça veut dire que
1. en mécanique classique on peut considèrer le contenu de l'univers comme un trou noir de Schwarzschild ?
2. en relativité générale et en cosmologie on considère qu'au rayon de hubble, pour un univers isomorphe homogène (donc barycentrique ?), l'expansion compense parfaitement la gravitation ?

Histoire que j'affine mes connaissances

Merci d'avance

(novembre 2008)

et
Free-lunch interpretation
A generic property of inflation is the balancing of the negative gravitational energy..... within the inflating region, with the positive energy of the inflaton field to yield a post-inflationary universe with negligible or zero energy density
(source)

mais attention faut surtout pas me prendre trop au sérieux car je dérape souvent et n'ai pas un bagage de base suffisant même si je l'ai éttoffé

cordialement