Isotropie du rayonnement fossile.

[papy-alain]

Bonjour. Ma question est pratiquement dans le titre : si on considère les rayonnements nous parvenant de deux directions opposées, ils parviennent de deux portions d'univers n'ayant jamais été en relation entre elles. Aucun signal, même à la vitesse de la lumière, n'a pu parvenir de l'une à l'autre. Cela suppose donc qu'à l'époque où le rayonnement a cessé d'interagir avec la matière (soit 300 ou 360.000 années après le big-bang) les conditions de l'univers étaient uniformes partout. Je voudrais savoir si les modèles cosmologiques actuels sont en accord avec cette supposition. Merci par avance de vos réponses toujours pertinentes.
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[invite80fcb52e]

Le modèle de l'inflation a été proposé pour résoudre ce problème (parmi d'autres) qu'on appelle problème de l'horizon...

[papy-alain]

Mais cette inflation ne s'est pas développée uniformément. Je ne comprends dés lors pas cette parfaite isotropie.

[invite80fcb52e]

Mais cette inflation ne s'est pas développée uniformément.

Pourquoi????

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Mais cette inflation ne s'est pas développée uniformément. Je ne comprends dés lors pas cette parfaite isotropie.

Dans l'idée, si, aux fluctuations quantiques près. Et ce sont ces fluctuations que l'on retrouverait dans les anisotropies (ΔT ~ 10^-5) du CMB.

a+

[invite499b16d5]

Je n'ai jamais très bien compris pourquoi cette isotropie posait un tel problème qu'il faille l'expliquer par l'inflation.
Si on admet que l'univers dans son entier a une cause première (difficile problème j'en conviens) cette cause ne peut-elle pas, "par construction", avoir produit d'entrée un univers isotrope?

[papy-alain]

Je n'ai jamais très bien compris pourquoi cette isotropie posait un tel problème qu'il faille l'expliquer par l'inflation.
Si on admet que l'univers dans son entier a une cause première (difficile problème j'en conviens) cette cause ne peut-elle pas, "par construction", avoir produit d'entrée un univers isotrope?

Parce que l'univers, dans sa phase actuelle, est complètement hétérogène : les galaxies n'ont pas la même taille, elles ne sont pas équidistantes, les amas de galaxie n'en contiennent pas le même nombre, les super-amas non plus, etc. Donc les masses de matière ne sont pas réparties uniformément dans l'univers. S'il en est ainsi aujourd'hui, pourquoi cela aurait il été différend dans le passé ? Dés que la matière est apparue (les premiers bosons de Higgs), les forces de gravitation ont joué leur rôle. Or, on suppose que le rayonnement fossile a été émis un peu plus de 300.000 ans après le début du big-bang. Il devrait donc refléter cette hétérogénéité. Il eût fallu que les conditions de cette époque fussent uniformes partout. Pour moi, il s'agit d'un a priori fort discutable.

[Gilgamesh]

Parce que l'univers, dans sa phase actuelle, est complètement hétérogène : les galaxies n'ont pas la même taille, elles ne sont pas équidistantes, les amas de galaxie n'en contiennent pas le même nombre, les super-amas non plus, etc. Donc les masses de matière ne sont pas réparties uniformément dans l'univers. S'il en est ainsi aujourd'hui, pourquoi cela aurait il été différend dans le passé ? Dés que la matière est apparue (les premiers bosons de Higgs), les forces de gravitation ont joué leur rôle. Or, on suppose que le rayonnement fossile a été émis un peu plus de 300.000 ans après le début du big-bang. Il devrait donc refléter cette hétérogénéité. Il eût fallu que les conditions de cette époque fussent uniformes partout. Pour moi, il s'agit d'un a priori fort discutable.

Non, non, l'idée d'une homogénéité originelle pose bien un problème cosmologique en soi (indépendamment de ce qui s'en ait suivi, juste parce qu'elle est inexplicable en faisant simplement un simple retour arrière à l'aide des équation de la Relativité Générale). Mais l'idée d'une hétérogénéité en aurait posée un autre, tout aussi bien, qu'il aurait fallu expliquer tout autant.

Si on admet que l'univers dans son entier a une cause première (difficile problème j'en conviens) cette cause ne peut-elle pas, "par construction", avoir produit d'entrée un univers isotrope?

Si on admet, oui, mais une fois qu'une chose est constatée, elle réclame une cause, à grands cris. On ne peut pas se contenter de sortit de la chambre sur la pointe des pieds en laissant bébé s'époumoner dans le berceau.

a+

[Deedee81]

Salut,

Si on admet que l'univers dans son entier a une cause première (difficile problème j'en conviens) cette cause ne peut-elle pas, "par construction", avoir produit d'entrée un univers isotrope?

Tiens, c'est marrant, j'y avais déjà pensé et tu es bien le premier que je vois proposer ça aussi.

L'idée est : supposons que les lois physiques et les conditions initiales soient uniques pour des raisons encore à comprendre (le rêve : des postulats simples, évidents et mêmes inévitables, j'ai mon idée mais je ne spéculerai pas, et une déduction logique). Alors les différents points de l'univers ne peuvent qu'être identiques.... aux fluctuations quantiques près.

Mais, bon, Gilgamesh a raison. Les grandes idées, c'est bien, encore faut-il les concrétiser C'est amha encore largement hors de notre portée.

[papy-alain]

Les grandes idées, c'est bien, encore faut-il les concrétiser C'est amha encore largement hors de notre portée.

Je pense effectivement que, par définition, il nous sera à tout jamais impossible de valider avec certitude la réalité du big-bang, surtout dans sa conception actuelle. On ne pourra jamais observer l'instant zéro, et on en restera toujours au stade des théories cohérentes, certes, mais invérifiables, avec d'éternelles lacunes qu'on tentera toujours d'expliquer avec notre logique de terrien. Comment pourrait on émettre des certitudes avec tant d'inconnues ? Par exemple, quelle est la nature de cette force répulsive qui accélère la fuite des galaxies ? De quoi est composée la matière noire ? L'existence du graviton est elle réelle ou purement théorique ? J'en passe et des meilleures. Pour toutes ces questions, on suppute, on émet des possibilités, bref, on imagine. Mais la science, pour être exacte, réclame des certitudes dûment vérifiées. In fine, je continue de me lamenter contre tous les ouvrages de vulgarisation qui présentent la théorie du big-bang comme une certitude. Un peu de modestie, que diable !

[Deedee81]

Je serais un peu moins critique. Il y a quand même pas mal de points qu'on peut espérer comprendre.

(et attention, le big bang c'est plutôt la théorie qui dit que l'univers est en expansion à partir d'un état dense et chaud. Et ça c'est très bien validé).

Par contre, il est clair que "l'instant 0" (ou du moins le tout début voire le "pré bigbang) sera plutôt difficile à valider.

Même si un jour se développe une astronomie cosmologique à neutrino ou mieux encore à onde gravitationnelles, on pourra observer très loin dans le passé avant l'époque du découplage, mais pas encore la toute petite fraction initiale.

Ca restera pour toujours un "on pense qu'on a compris mais on ne saurait pas le savoir"

EDIT : ah oui, quand je disais hors de notre portée, je parlais de la théorie. Je défie quiconque de développer une théorie de tout à partir d'aussi peu que je proposais. Même la très basique gravitation quantique à boucles à des postulats relativement élaborés (ceux de la MQ + la covariance + un hamiltonien "plausible")
EDIT2 : théorie de tout = théorie unifiée des quatres interactions + modèle cosmologique

[papy-alain]

Je suis entièrement d'accord avec tout ce qui tu dis. Il y a effectivement beaucoup de choses qu'on a pu expliquer. Mais là où j'apporterai peut être une petite nuance, c'est qu'il reste trop de zones d'ombre, et, de mon point de vue, tant qu'on n'a pas tout compris, on n'a rien compris. N'importe quelle découverte nouvelle peut tout bouleverser.
Quand on a compris que l'univers était en expansion, on a tout de suite commencé à faire des tas de calculs basés sur l'observation, et il s'en est suivi tout un train de théories qui étaient cohérentes pour l'époque. Puis, on a découvert que l'expansion s'accélérait. Rebelote pour les calculs, et adaptation des théories. C'est un exemple simpliste, mais qui illustre bien le fait qu'il nous reste beaucoup de choses à découvrir, et donc de théories à adapter, voire invalider.

[invite80fcb52e]

In fine, je continue de me lamenter contre tous les ouvrages de vulgarisation qui présentent la théorie du big-bang comme une certitude. Un peu de modestie, que diable !

La théorie du Big bang dit que l'univers était dense et chaud par le passé et peut décrire son évolution de façon scientifique jusqu'à 13,7 milliards d'années - 10⁴³s en arrière.

Je ne parle de point 0 car si on veut être rigoureux alors la science ne peut rien dire avant ces 13,7 milliards d'années - 10⁴³s.

de mon point de vue, tant qu'on n'a pas tout compris, on n'a rien compris. N'importe quelle découverte nouvelle peut tout bouleverser.

Je ne suis pas d'accord. On peut comprendre beaucoup de choses sans avoir tout compris. Newton avait compris la gravitation sans avoir compris qu'il s'agissait en fait de la courbure de l'espace-temps...

Quand on a compris que l'univers était en expansion, on a tout de suite commencé à faire des tas de calculs basés sur l'observation, et il s'en est suivi tout un train de théories qui étaient cohérentes pour l'époque.

Elles le sont toujours, sauf que les moyens ne permettaient pas de voir suffisamment loin pour sonder les distances sur des milliards d'années-lumières afin de donner une estimation du comportement de l'expansion (accélération, décélération etc...).

Puis, on a découvert que l'expansion s'accélérait. Rebelote pour les calculs, et adaptation des théories.

La théorie et les calculs sont les mêmes, on a juste rajouté quelque chose qui d'habitude était considéré comme NUL car on n'avait aucun raison de penser qu'il ne l'était pas (forcément on n'avait pas découvert l'accélération de l'expansion).

C'est un exemple simpliste, mais qui illustre bien le fait qu'il nous reste beaucoup de choses à découvrir, et donc de théories à adapter, voire invalider.

Oui l'énergie sombre a encore beaucoup de mystère à nous dévoiler mais à aucun moment ça n'a remis en cause ce qui était admis avant, à savoir l'expansion de l'Univers. Et je ne penses pas qu'un jour on est prouvé (fait une théorie) qu'il n'y avait strictement que de la matière baryonique et du rayonnement, donc je vois pas en quoi la matière noire et l'énergie sombre remettent en cause les théories d'avant!

[Deedee81]

Je suis entièrement d'accord avec tout ce qui tu dis. Il y a effectivement beaucoup de choses qu'on a pu expliquer. Mais là où j'apporterai peut être une petite nuance, c'est qu'il reste trop de zones d'ombre, et, de mon point de vue, tant qu'on n'a pas tout compris, on n'a rien compris. N'importe quelle découverte nouvelle peut tout bouleverser.

C'est clair. L'histoire est pleins de tels bouleversement.

Mas de là à dire qu'on n'a rien compris
La physique ne cherche pas la "vérité absolue" mais seulement à expliquer ce qu'elle voit. Et elle y arrive plutôt bien. Même le travail de Ptolémée était remarquable et expliquait pas mal de chose, avant d'être déboulonné par Copernic.

Il vaut plus voir cela comme une amélioration que comme un aveu d'échec.

Quand on a compris que l'univers était en expansion, on a tout de suite commencé à faire des tas de calculs basés sur l'observation, et il s'en est suivi tout un train de théories qui étaient cohérentes pour l'époque. Puis, on a découvert que l'expansion s'accélérait. Rebelote pour les calculs, et adaptation des théories.

Là c'est un peu différent car ce ne sont pas des théories à proprement parler (théorie du big bang est une expression impropre) mais des modèles (on parle parfois de Modèle Standard de la cosmologie).

Et un modèle est une construction, utilisant des théories, et bourrées de paramètres libres afin de s'ajuster au mieux aux observations. Il est normal de modifier ces paramètres si on a de meilleurs observations.

Il est encore trop tôt pour dire si cela remet en cause les théories (par exemple l'accélération de l'expansion peut-elle correspondre à celle prédite par la relativité générale avec constante cosmologique non nulle ? On a besoin du profil de l'accélération au cours du temps pour savoir. Encore quelques années de patience ).

On établit des modèles pour un peu toute sorte de chose : les galaxies, les étoiles, etc...

Les théories (relativité, mécanique quantique,...) sont plus résistantes.

Attention, ce classement est peut-être un peu perso (certaines théories/modèles seraient peut-être un peu difficile à classer) mais j'aime bien car ça fait une claire distinction entre "je veux le maximum de paramètres" et "je veux avoir le moins de paramètres possibles".

C'est un exemple simpliste, mais qui illustre bien le fait qu'il nous reste beaucoup de choses à découvrir, et donc de [...]

Tant mieux

J'ai pas envie d'être au chomage moi (enfin, je rigole, car je ne suis pas physicien de métier, je suis fonctionnaire au Ministère de l'Agriculture. Tant qu'il y aura des choux, à la mode de chez nous, j'aurai du travail).

[papy-alain]

Tiens, je n'avais jamais vraiment pensé à cette différence entre théorie et modèle. Merci de m'y faire réfléchir. Et, tant qu'on y est, le big-bang, c'est un modèle, ou une théorie ?

[Gilgamesh]

Tiens, je n'avais jamais vraiment pensé à cette différence entre théorie et modèle. Merci de m'y faire réfléchir. Et, tant qu'on y est, le big-bang, c'est un modèle, ou une théorie ?

C'est une famille de modèles basés sur la théorie de la Relativité Générale.

a+

[Deedee81]

C'est une famille de modèles basés sur la théorie de la Relativité Générale.

principalement.

Rajoutons aussi l'électromagnétisme, la physique nucléaire (pour la nucléosynthèse), la physique atomique (pour la recombinaison), la thermodynamique, etc....

Sans compter les simulations des grandes structures et la masse de données (WMAP, astronomie en général, expériences dans les accélérateurs, etc.)

C'est un modèle extrêmement vaste. Pas autant que l'objet qu'il modélise mais pas mal quand même.

Ceci dit, un modèle de fonction d'une étoile c'est pas mal non plus

[Gilgamesh]

principalement.

Rajoutons aussi l'électromagnétisme, la physique nucléaire (pour la nucléosynthèse), la physique atomique (pour la recombinaison), la thermodynamique, etc...

Oui, c'est vrai que j'ai été un peu restrictif.

a+

[papy-alain]

Et d'un point de vue purement physique, comment ces modèles peuvent ils expliquer que la courbure de l'espace actuel n'est pas loin d'être nulle ? Parce que les modèles de Friedmann montrent que si, après 13,7 milliards d'années d'expansion, l'espace a une courbure petite, cette courbure devait, à des époques antérieures, être très très proches de zéro, avec une précision extraordinaire. Dans ces circonstances, comment expliquer que dés les premières minutes de son expansion, l'espace était pratiquement euclidien ? C'est d'ailleurs principalement ce point d'interrogation qui m'a toujours fait douter de la pertinence du big-bang.

[invite80fcb52e]

C'est résolu par l'inflation, en augmentant considérablement une toute petit région ça a effacé la courbure. Un peu comme quand tu prends un ballon tu peux voir sa courbure, mais si tu le grossit pour qu'il devienne aussi gros que la Terre, c'est nettement moins visible et tu as l'impression qu'il est plat.

[inviteefd8627f]

Bonjour,
Est-ce qu'on peut dire que l'énergie sombre est responsable de la courbure générale de l'espace? Car si j'ai bien compris, toute énergie courbe l'espace au même titre que la matière. Au début, la courbure était importante à cause d'une densité d'énergie élevée. Mais, suite à la création d'espace, la densité chute rapidement et la courbure tend vers zéro ...

[papy-alain]

C'est résolu par l'inflation, en augmentant considérablement une toute petit région ça a effacé la courbure. Un peu comme quand tu prends un ballon tu peux voir sa courbure, mais si tu le grossit pour qu'il devienne aussi gros que la Terre, c'est nettement moins visible et tu as l'impression qu'il est plat.

Selon Friedmann, c'est l'inverse : ses modèles d'univers naissent plats ou pratiquement plats. Malgré le fait qu'on n'ait jamais pu invalider ses équations, ce détail semble être négligé lorsqu'on aborde le problème. Pourquoi ?

[Gilgamesh]

Selon Friedmann, c'est l'inverse : ses modèles d'univers naissent plats ou pratiquement plats.

Hum ? Je ne vois pas ce que tu veux dire... Friedmann envisage dès le départ les trois cas de courbures (K = +1, 0, -1).

a+

[papy-alain]

Ben, pourtant, dans ces modèles, au fur et à mesure que l'expansion se poursuit l'horizon recule et devient du même ordre de grandeur que le rayon de courbure. Par conséquent la courbure finit par se dévoiler. A l'inverse, si l'on remonte dans le temps, cette courbure tend vers 0. Et ceci est en opposition avec la notion d'univers euclidien tel qu'il aurait pu être après le big-bang. Pour paraphraser Hubert Reeves (pour qui j'ai la plus grande admiration), il s'agit là d'un des "bobos" du big-bang.

[Deedee81]

Salut Papy,

Ne confond pas courbure et horizon.

Ou plutôt, ne confond pas "horizon classique" et "horizon cosmologique". (qui sont encore différents de l'horizon des événements ! Un mot, trois significations !!!!)

Quand sur Terre on parle de l'horizon c'est lié à la courbure de la Terre.

Mais quand on parle de cosmologie, le sens est différent.

En cosmologie la courbure ne limite par la portée de la vision puisque les rayons lumineux suivent cette courbure (ce qui n'est pas le cas avec la courbure de la Terre, heureusement d'ailleurs car sinon ça voudrait dire qu'on a les pieds sur un trou noir ).

En cosmologie, l'horizon du même nom est juste la distance parcoure par la lumière depuis la "naissance" de l'univers.

Par conséquent, on peut avoir une courbure énorme avec un horizon minuscule (par exemple les modèles de Friedmann avec K = +1 ou -1, pour la courbure spatiale, et tous les modèles si on parle de la courbure de l'espace-temps).

Inversement, on peut avoir une courbure spatiale nulle (par exemple Friedmann avec K = 0 ou DeSitter) et un horizon petit, grand, moyen....

Les deux ne sont pas liés.

Gammler,

L'énergie sombre est une forme de "matière" quelque peu "exotique" (ou tout autre chose, en fait, on ne sait pas vraiment), qui peut tout aussi bien courber l'espace que diminuer sa courbure. Bref, c'est un peu un truc passe partout

[papy-alain]

Bonjour Deedee.

Je ne confonds pas horizon classique et horizon cosmologique. Je constate que, dans cette formule, quelle que soit la valeur de K à un moment donné de l'expansion, on constate que si l'on réduit le facteur temps (donc on remonte vers les origines), inévitablement la valeur de K diminue (en valeur absolue, s'entend). C'est bien pour cette raison que tous les articles que je lis sur ce sujet disent que les univers de Friedmann naissent plats ou presque. Ca a l'air surprenant, à première vue, mais je n'ai jamais lu nulle part que cette formule puisse être remise en question. Elle est d'ailleurs la clé de voûte de la cosmologie moderne, car elle a le mérite de confirmer tous les principes de la relativité générale.

[Deedee81]

Je ne confonds pas horizon classique et horizon cosmologique. Je constate que, dans cette formule, quelle que soit la valeur de K à un moment donné de l'expansion, on constate que si l'on réduit le facteur temps (donc on remonte vers les origines), inévitablement la valeur de K diminue (en valeur absolue, s'entend).

K est une constante, un paramètre, qui vaut 0, +1 ou -1. Il ne saurait pas diminuer.

K n'est pas une courbure
(encadre cette phrase et met là devant ton lit)

La courbure, c'est le tenseur de Riemann-Christoffel. Et cette courbure était colossale au tout début.

Vérifie :
Prend la métrique :
http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9...bertson-Walker
Et calcule le tenseur de courbure :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tenseur_de_Riemann

Et tu verras bien !

C'est bien pour cette raison que tous les articles que je lis sur ce sujet disent que les univers de Friedmann naissent plats ou presque.
[...]

"Tous" ? Alors je suppose que tu ne vas pas avoir de mal à nous donner les références d'au moins un de ces articles qui disent une telle bêtise ?

[invite80fcb52e]

Ce que veut dire papy c'est que la densité de courbure décroit vers 0 quand z augmente vers l'infini (quand le temps tend vers 0).

Si on prend un univers avec matière, constante cosmologique et courbure de densité respectives aujourd'hui: , et avec , alors la densité au redshift z s'exprime comme:







où

Donc si z tend vers l'infini, on voit clairement que et tendent vers 0 et que tend vers 1. Autrement dit on se ramène à un univers Einstein de Sitter (courbure nulle, et densité de matière = densité critique).

Si on prend le rayonnement qui évolue en (1+z)⁴, on aurait eu la même chose (à part que c'est le rayonnement qui aurait dominé).

Il y a que dans le cas où il n'y a ni matière ni rayonnement, ou ni espèce dont l'évolution serait en (1+z)^>2 que la courbure ne tendrait pas vers 0 à l'origine (s'il y en a une).

C'est pour ça que papy a vu dans "tous" les articles qu'il a lu que la courbure d'un univers de Friedmann est nulle à la naissance.

[papy-alain]

Bon, on me demande de citer des sources, les voici : la première est issue de wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Problèm...naissent_plats
On peut y lire, je cite : "Dans les modèles de Friedmann tous les univers apparaissent comme « plats » (de courbure spatiale nulle) à leur naissance. Autrement dit leur courbure initiale, bien que présente, est indétectable. Ce phénomène est dû au fait que la portion visible de l'espace est petite devant le rayon de courbure."
Maintenant, je vais fouiller dans mes bouquins pour trouver une autre source, je reviens dans 10 ou 20 minutes.

[papy-alain]

Voici une deuxième source : Encyclopédie Atlas du ciel, volume 10, page 2348. C'est un peu long, mais je cite : "La courbure de l'espace actuel n'est pas loin d'être nulle; ..... ; Or, les modèles de Friedmann montrent que si, après 15 milliards d'années d'expansion, l'espace a une courbure petite, cette courbure devait, a des périodes antérieures, être proche de zéro avec une précision extraordinaire. Alors pourquoi, dés les premiers instants de son expansion, l'espace était-il euclidien ? Ici encore on est obligé d'invoquer un a priori discutable". Fin de la citation. Je suis loin d'être un spécialiste, mais il me semble que les articles cités sont écrits par des gens qui savent de quoi ils parlent, non ?