Evolution de l'univers primordial.

[papy-alain]

Bonjour et bonne semaine à tous.
Dans les premières secondes qui ont suivi le big bang, la matière s'est rapidement formée, puis s'est progressivement organisée. A cette époque (quelques minutes) les forces gravitationnelles étaient donc intenses et omniprésentes. Or, on insiste toujours sur le fait que là où il y a suffisamment de matière, il n'y a pas d'expansion. Celle-ci aurait donc dû être stoppée net dés l'instant où la gravitation s'est exercée pour la première fois, vu l'énorme densité de matière de cette époque. Où est l'astuce ?
Merci par avance de vos réponses.
-----

[Deedee81]

Salut,

Où est l'astuce ?

L'expansion était très rapide au départ (je ne parle pas d'inflation) mais aussi très freinée par la gravité.

La seule chose que l'on ne sait pas c'est : qui a donné un coup de pied dans l'univers au temps t = 0 ?

[papy-alain]

L'expansion était très rapide au départ (je ne parle pas d'inflation) mais aussi très freinée par la gravité.

Bonjour Deedee. J'espère que tu as passé un bon week-end.
La rapidité de l'expansion n'est pas une excuse, puisque "là où il y a de la matière, il n'y a pas d'expansion". Et ce n'est pas moi qui le dis, c'est l'avis unanime. Si tu me dis que cette expansion était très rapide au départ, et que tu prends cette notion pour justifier le fait qu'elle ait lieu malgré tout, tu l'assimiles à une force cinétique qui résulterait d'une explosion, ce qui n'est pas du tout le cas.

[Deedee81]

La rapidité de l'expansion n'est pas une excuse, puisque "là où il y a de la matière, il n'y a pas d'expansion". Et ce n'est pas moi qui le dis, c'est l'avis unanime.

Du moins de son auteur Ce n'est pas faux, c'est juste très très mal dit.

En gros : plus il y a de matière en tout plus ça freine l'expansion (ça peut même l'inverser).

Et plus il y a de matière en un endroit (par rapport à la moyenne), moins ce petit agrégat est sensible à l'expansion.

Si tu me dis que cette expansion était très rapide au départ, et que tu prends cette notion pour justifier le fait qu'elle ait lieu malgré tout, tu l'assimiles à une force cinétique qui résulterait d'une explosion, ce qui n'est pas du tout le cas.

Il est un peu abusif de parler de force cinétique en RG pour l'expansion. Mais il y a un peu de ça. J'ai déjà fait souvent l'analogie. L'expansion, c'est comme jeter une pierre en l'air. Elle s'éloigne (sans qu'on ait besoin de la pousser) mais ralentit. Et si la pierre est composée de morceaux collés (galaxie, balle de golf) ils le restent. Et la pierre peut retomber ou pas selon la force d'attraction (de toutes les autres pierres = la terre ici) et sa vitesse initiale.

Voir aussi mon analogie dans l'autre fil avec les poussières sur une feuille de caoutchouc.

Mais dire qu'il y a une impulsion "initiale" ne veut pas dire que c'est une explosion ou qu'il y a un point central de départ. Ca c'est totalement faux. Tout ce qui fait miaou n'est pas un chat

[A voir en vidéo sur Futura]

[papy-alain]

Je ne comprends toujours pas. Prenons l'univers tel qu'il était après 400.000 ans. Toute la matière est bien structurée, tous les atomes sont formés, les photons peuvent gambader joyeusement, il y a enfin de la place pour ça. Cependant, la densité de matière y est quarante mille milliards de fois plus importante qu'aujourd'hui. Donc pas de place pour des espaces quasi-vides où la gravitation serait presque absente. Or, l'expansion continue. Pour moi, il y a là une incohérence flagrante avec l'affirmation qui veut que les forces gravitationnelles locales annulent l'effet d'expansion, car à cette époque, local veut dire partout, vu la densité de matière présente que j'évoque plus haut.

[Pfhoryan]

Cependant, la densité de matière y est quarante mille milliards de fois plus importante qu'aujourd'hui.

Bonjour,

ça correspond à une densité de quel ordre?

[Gloubiscrapule]

Cependant, la densité de matière y est quarante mille milliards de fois plus importante qu'aujourd'hui.

Non, un milliard de fois plus importante!

Il faut remettre les choses à sa place.
La gravité, ou plutôt la densité d'énergie (et donc de matière) freine l'expansion considérablement. Donc au début l'expansion (qui est très très rapide) ralentit fortement. Et si la densité dépasse la densité critique l'expansion va même finir par s'arrêter et tout va se contracter: c'est le Big Crunch.
Sauf que la densité ne dépasse pas la densité critique donc l'expansion ne vas jamais s'arrêter, malgré son ralentissement perpétuel (on oublie l'énergie sombre, elle intervient pas au début).

C'est exactement comme quand tu jettes une pierre en l'air (impulsion initiale), si la gravité de l'astre est forte, la pierre monte, s'arrête puis retombe. Si la gravité de l'astre est faible, la pierre monte indéfiniment en ralentissant toujours, mais sans jamais s'arrêter.

Maintenant considérons dans cet univers homogène des petites variations, qu'on appellera surdensités. Ces surdensités sont soumises à l'expansion et ont une certaine densité, en fait on peut les considérer comme des mini univers. Même si la densité de l'univers ne dépasse pas la densité critique, la densité dans ce mini univers peut la dépasser et dans ce cas ce mini univers va être en expansion, puis l'expansion va s'arrêter et il va se recontracter. Bon ensuite des forces vont entrer en jeu pour stopper la contraction, et ça va donner les galaxies, les amas de galaxies etc. Dans ces zones l'expansion n'a pas lieu (on l'a vu elle s'est arrêté), même si elles sont contenus dans un univers qui lui est toujours en expansion!!

[papy-alain]

Non, un milliard de fois plus importante!

Il faut remettre les choses à sa place.
La gravité, ou plutôt la densité d'énergie (et donc de matière) freine l'expansion considérablement. Donc au début l'expansion (qui est très très rapide) ralentit fortement. Et si la densité dépasse la densité critique l'expansion va même finir par s'arrêter et tout va se contracter: c'est le Big Crunch.
Sauf que la densité ne dépasse pas la densité critique donc l'expansion ne vas jamais s'arrêter, malgré son ralentissement perpétuel (on oublie l'énergie sombre, elle intervient pas au début).

C'est exactement comme quand tu jettes une pierre en l'air (impulsion initiale), si la gravité de l'astre est forte, la pierre monte, s'arrête puis retombe. Si la gravité de l'astre est faible, la pierre monte indéfiniment en ralentissant toujours, mais sans jamais s'arrêter.

Maintenant considérons dans cet univers homogène des petites variations, qu'on appellera surdensités. Ces surdensités sont soumises à l'expansion et ont une certaine densité, en fait on peut les considérer comme des mini univers. Même si la densité de l'univers ne dépasse pas la densité critique, la densité dans ce mini univers peut la dépasser et dans ce cas ce mini univers va être en expansion, puis l'expansion va s'arrêter et il va se recontracter. Bon ensuite des forces vont entrer en jeu pour stopper la contraction, et ça va donner les galaxies, les amas de galaxies etc. Dans ces zones l'expansion n'a pas lieu (on l'a vu elle s'est arrêté), même si elles sont contenus dans un univers qui lui est toujours en expansion!!

Bon encore plein de trucs que je ne comprends pas.
1) La densité de cette époque. Si je divise 13,7 milliards par 400.000 et que j'élève au cube, j'arrive à quarante mille milliards. Ou alors, il y a aujourd'hui dans l'univers 40.000 fois plus de matière qu'à cette époque ?
2) La densité critique. Visiblement cette densité critique est atteinte au sein des amas galactiques, puisque l'expansion y est annihilée. Mais tu me dis que dans cet espace où la densité de matière est un milliard de fois plus importante, la densité critique n'est pas atteinte ? 400.000 années-lumière, c'est plus petit que les amas galactiques que l'on observe aujourd'hui, au sein desquels il y a une densité de matière suffisante pour empêcher l'expansion. Comment pourrait il y avoir des endroits, dans ce jeune univers, où la densité de matière soit inférieure à celle qu'on trouve aujourd'hui dans les amas galactiques ?
Je m'excuse d'avoir l'air d'un chien qui ne veut pas lâcher son os, et je te remercie de ta patience, mais j'aimerais comprendre.

[Gloubiscrapule]

1) La densité de cette époque. Si je divise 13,7 milliards par 400.000 et que j'élève au cube, j'arrive à quarante mille milliards. Ou alors, il y a aujourd'hui dans l'univers 40.000 fois plus de matière qu'à cette époque ?

La densité décroit comme l'inverse du facteur d'échelle au cube, soit comme le redshift+1 au cube. 400000 ans correspond à un redshift de 1000 environ donc une densité 1000³ plus importante!

2) La densité critique. Visiblement cette densité critique est atteinte au sein des amas galactiques, puisque l'expansion y est annihilée. Mais tu me dis que dans cet espace où la densité de matière est un milliard de fois plus importante, la densité critique n'est pas atteinte ?

Attention la densité critique dépend du taux d'expansion, donc de l'époque. A un redshift de 1000 le taux d'expansion était grosso modo 1000^1.5 plus élevé, donc la densité critique (1000^1.5)² plus élevé, soit un milliard de fois plus élevé qu'aujourd'hui!

400.000 années-lumière, c'est plus petit que les amas galactiques que l'on observe aujourd'hui, au sein desquels il y a une densité de matière suffisante pour empêcher l'expansion. Comment pourrait il y avoir des endroits, dans ce jeune univers, où la densité de matière soit inférieure à celle qu'on trouve aujourd'hui dans les amas galactiques ?

J'ai pas compris. Quoiqu'il en soit dans l'univers primordial la densité était fortement plus élevé que dans les amas de galaxie aujourd'hui...

Je m'excuse d'avoir l'air d'un chien qui ne veut pas lâcher son os, et je te remercie de ta patience, mais j'aimerais comprendre.

C'est normal!

[papy-alain]

Ok, pour la densité critique, je comprends, maintenant. Mais pour la comparaison de la densité de cette époque, tu dis "La densité décroit comme l'inverse du facteur d'échelle au cube", et cela correspond bien au calcul que j'avais effectué. Je compare une quantité égale à un volume différend en faisant un simple rapport de volume. Pourquoi le redshift vient il modifier ce résultat ?

[Gloubiscrapule]

tu dis "La densité décroit comme l'inverse du facteur d'échelle au cube", et cela correspond bien au calcul que j'avais effectué. Je compare une quantité égale à un volume différend en faisant un simple rapport de volume.

Non toi tu as considéré le temps, et le facteur d'échelle n'est pas proportionnel au temps... Quelques valeurs:
facteur d'échelle a
Temps t (en années)
Redshift z

t=0, a=0, z=infini
t=380000, a=0.0009, z=1100
t=100 millions, a=0.032, z=30
t=560 millions, a=0.1, z=9
t=3.37 milliards, a=0.33, z=2
t=6 milliards, a=0.5, z=1
t=10 milliards, a=0.75, z=0.33
t=13.7 milliards, a=1, z=0

[papy-alain]

J'ai considéré le temps comme un espace, puisqu'on fait correspondre l'âge de l'univers à la taille de l'univers observable (13,7 Giga.années en regard de 13,7 Giga.années-lumière). Mais effectivement, je constate que ce n'est pas proportionnel à ton facteur d'échelle. Bon, je suis rassasié pour aujourd'hui. Encore mille fois merci, tu m'as fait comprendre beaucoup de choses.

[Gloubiscrapule]

J'ai considéré le temps comme un espace, puisqu'on fait correspondre l'âge de l'univers à la taille de l'univers observable (13,7 Giga.années en regard de 13,7 Giga.années-lumière).

Ce qui est faux. Les photons ont parcourus 13.7 milliards d'années lumière mais à cause de l'expansion le rayon de l'univers observable aujourd'hui, est de 46 milliards d'années lumière, en terme de distance "instantanée".

[invite499b16d5]

Ce qui est faux. Les photons ont parcourus 13.7 milliards d'années lumière mais à cause de l'expansion le rayon de l'univers observable aujourd'hui, est de 46 milliards d'années lumière, en terme de distance "instantanée".

Bonjour,
...toute la question étant de savoir quelle signification physique a une "distance instantanée" (comobile?) dans un monde où la simultanéité n'existe pas...

[Deedee81]

Bonjour,
...toute la question étant de savoir quelle signification physique a une "distance instantanée" (comobile?) dans un monde où la simultanéité n'existe pas...

Dans quelques dizaines de milliards d'années on pourrait vérifier si c'est correct (puisque qu'on recevra alors la lumière émise par leur position actuelle).

Bon, il est clair évidemment qu'il s'agit d'une déduction des modèles pour laquelle il faudra être sacrément patient avant de la falsifier/valider.

Mais cela suffit pour dire que cela a un sens physique. Et il est peu douteux que ces objets ce sont déplacés entre l'émission de lumière et maintenant. L'expansion ne s'étend pas arrêtée après (au moins dans la partie visible, c'est-à-dire plus proche).

Ceci dit, tu as raison de signaler que la simultanéité peut être problématique. Heureusement, le principe cosmologique nous permet de définir un temps cosmologique et par conséquent une simultanéité.
Si celui-ci est totalement faux à des échelles gargantuesque (bien plus grandes que l'univers observables), alors il est clair que la description de l'univers à ces échelles peut devenir très difficile sans math.

[Andrei2010]

Une supernova va exploser dans notre galaxie, à l'instant même ou je vais cligner de l'oeil gauche. Les deux faits seront simultanés "dans l'absolu", mais l'info de la supernova mettra 20 ans à nous parvenir.

D'un point de vue rhétorique, la simultanéité existe ; mais, d'un point de vue strictement scientifique... "rêver peut-être", comme disait Shakespeare.

[Gloubiscrapule]

Bonjour,
...toute la question étant de savoir quelle signification physique a une "distance instantanée" (comobile?) dans un monde où la simultanéité n'existe pas...

C'est simplement la distance que tu auras à parcourir si tout se fige (plus d'expansion etc...)

[papy-alain]

Une supernova va exploser dans notre galaxie, à l'instant même ou je vais cligner de l'oeil gauche. Les deux faits seront simultanés "dans l'absolu", mais l'info de la supernova mettra 20 ans à nous parvenir.

D'un point de vue rhétorique, la simultanéité existe ; mais, d'un point de vue strictement scientifique... "rêver peut-être", comme disait Shakespeare.

Je viens de prendre une douche, et maintenant je trouve ton message. J'en conclus que tu as donc posté ceci quand j'étais sous la douche. Ca n'a rien de rhétorique.

[Andrei2010]

Je viens de prendre une douche, et maintenant je trouve ton message. J'en conclus que tu as donc posté ceci quand j'étais sous la douche. Ca n'a rien de rhétorique.

Ca coule de source, même si ton argument prend l'eau de partout. On ne va quand-même pas se noyer dans détails.

[invite499b16d5]

Et une tranche d'univers, une! fine de préférence, et dans le sens du temps s'il vous plaît: c'est plus moëlleux et plus digeste!
Bon appétit!