Accélération de l'expansion.

[papy-alain]

Pas vraiment, la situation est mathématiquement identique à celle d'un cailloux et physiquement c'est la même chose aussi. On a des grandeurs physiques qui évoluent selon des lois données.

...Ce qui revient à dire qu'on élabore une loi pour décrire ce qu'on observe, et qu'ensuite on dit que c'est normal que ca se passe ainsi parce que c'est ce que cette loi prévoit. Ca n'a pas de sens.
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[Deedee81]

J'ai toujours dit que cette image d'espace qui se dilate ou qui se crée était très mauvaise
(mais j'avoue avoir parfois moi-même du mal à l'éviter)

En RG, il n'y a pas "d'arrière-plan", pas de scène de théatre qui pourrait donc s'étendre. Ce qui existe ce sont des objets et des relations entre-eux qu'on peut décrire de manière géométrique.

On peut aussi avoir un point de vue champ (point de vue de Wigner si je ne me trompe). La gravitation est un champ entre les objets, champ mathématiquement identique au tenseur (de courbure) de Rieman-Christofel.

La description d'un objet qu'on lance puis qui s'éloigne en ralentissant fait appel à la même théorie que l'expansion : la relativité générale. Alors, qu'on le décrive par des espaces qui se créent, des relations, ou des champs, c'est kif.

Par contre, décrire l'un (l'expansion) par un espace qui se crée, et l'autre (le caillou) par une force du type Newton ou par une géodésique dans un espace-temps qui ne se crée pas, puis décréter que ce sont deux choses différentes : c'est une erreur. Le mécanisme physique à la base est le même, c'est la description qui est différente.

[Deedee81]

...Ce qui revient à dire qu'on élabore une loi pour décrire ce qu'on observe, et qu'ensuite on dit que c'est normal que ca se passe ainsi parce que c'est ce que cette loi prévoit. Ca n'a pas de sens.

Si tu cherches une cause profonde à l'existence des lois physiques (par exemple celle décrivant le caillou), un pourquoi plutôt qu'un comment, il va falloir te tourner vers autre chose que la science

[invite279e4dcd]

D'accord, Gloubi. Mais comment peut on apprécier la part d'énergie noire dans le taux d'expansion actuel, sachant que cette accélération existe depuis un temps indéterminé, étant entendu que l'énergie noire n'est pas responsable de l'expansion, mais uniquement de son accélération ?

Bjr !
Passionnante discussion, n'est pas ?
Sait-on depuis combien de temps dure cette fameuse ACCELERATION de l'EXPENSION ?

[papy-alain]

Si tu cherches une cause profonde à l'existence des lois physiques (par exemple celle décrivant le caillou), un pourquoi plutôt qu'un comment, il va falloir te tourner vers autre chose que la science

Ah, ben non, c'est bien le comment que je cherche, sinon je serais sur un autre forum.
Je vais essayer de prendre le problème autrement. Si j'analyse le spectre du soleil le matin, je vais avoir un décalage vers le bleu. Si je refais ça l'après-midi, j'observe un décalage vers le rouge. Pourquoi ? Parce que je me déplace DANS l'espace. Si maintenant j'observe une galaxie lointaine, je vais retrouver mon décalage vers le rouge. Pourtant, cette galaxie ne se déplace pas DANS l'espace, mais bien AVEC l'espace. Or, l'effet observé est le même dans les deux cas. Il y a donc similitude avec un objet qui s'éloigne dans l'espace et un objet qui s'éloigne avec l'espace. La notion d'expansion n'intervient donc pas dans cette mesure. Or, la RG dit que cette perte d'énergie est due à l'expansion. C'est contradictoire, non ?

[Deedee81]

Sait-on depuis combien de temps dure cette fameuse ACCELERATION de l'EXPENSION ?

Non, et on aimerait bien le savoir. Ca trancherait entre plusieurs théories.

Des observations sont en cours.

Je vais essayer de prendre le problème autrement.

Réponse demain si tu n'en as pas eut de satisfaisante. Là maintenant j'ai une grosse réunion.

A+

[invite80fcb52e]

Or, l'effet observé est le même dans les deux cas. Il y a donc similitude avec un objet qui s'éloigne dans l'espace et un objet qui s'éloigne avec l'espace.

L'effet de l'expansion et de l'effet Doppler n'est pas le même.
Bien qu'à bas redshift ils ont la même évolution, ce qui conduit à la question fréquente: "pourquoi l'expansion peut aller plus vite que la lumière alors que la RR l'interdit?"

Or, la RG dit que cette perte d'énergie est due à l'expansion.

Oui la métrique implique une dilatation du temps entre l'émission et la réception d'un signal, et comme c est constant ça implique un agrandissement de la longueur d'onde reçue.

Sait-on depuis combien de temps dure cette fameuse ACCELERATION de l'EXPENSION ?

Contrairement à Deedee, je dirais que dans le modèle actuel, oui on sait. Il suffit de tracer l'évolution du facteur d'échelle en fonction du temps et on voit à peu près à quelle époque ça commence à accélérer. Par contre reste à savoir si le modèle actuel, c'est à dire une constante cosmologique en guise d'énergie sombre, est bien le bon ou si l'énergie sombre pourrait voir sa densité varier au cours du temps, ce qui changerait le résultat.

[papy-alain]

Joli graphique. Quel sens faut il donner au terme "relativité spéciale" (le tracé vert) ?

[invite80fcb52e]

C'est la traduction de "relativité restreinte" en anglais tout simplement. C'est simplement la courbe de l'effet Doppler fizeau en RR, avec une vitesse limitée à c et un redshift qui tend vers l'infini quand v-> c.

[Deedee81]

Contrairement à Deedee, je dirais que dans le modèle actuel, oui on sait. Il suffit de tracer l'évolution du facteur d'échelle en fonction du temps et on voit à peu près à quelle époque ça commence à accélérer. Par contre reste à savoir si le modèle actuel, c'est à dire une constante cosmologique en guise d'énergie sombre, est bien le bon ou si l'énergie sombre pourrait voir sa densité varier au cours du temps, ce qui changerait le résultat.

Ah, ouf, le début m'a fait bondir mais avec la suite, ça va. On est d'accord. C'est bien pour ça qu'on a des mesures en cours : est-ce que ça suit une loi du type constante cosmo ou pas.

Je suis très très curieux/impatient de voir ce qu'on va observer

[Deedee81]

Petit complément aux réponses données.

Je vais essayer de prendre le problème autrement. Si j'analyse le spectre du soleil le matin, je vais avoir un décalage vers le bleu. Si je refais ça l'après-midi, j'observe un décalage vers le rouge. Pourquoi ?
Parce que je me déplace DANS l'espace. Si maintenant j'observe une galaxie lointaine, je vais retrouver mon décalage vers le rouge. Pourtant, cette galaxie ne se déplace pas DANS l'espace, mais bien AVEC l'espace. Or, l'effet observé est le même dans les deux cas.

C'est justement la façon de décrire les deux situations qui est différente. Mais du point de vue de la relativité générale c'est exactement la même chose (ou plutôt le même genre, évidemment, la terre n'est pas une galaxie). Dans tous les cas ce sont deux objets qui suivent des géodésiques (enfin pas tout à fait pour un point à la surface de la Terre , mais ça ne change rien) et les photons échangés sur une géodésique lumière entre ces deux objets subissent un redshift/blueshift.

Il n'y a pas de différence..... sauf dans notre manière de parler des objets proches et notre manière de parler des objets lointains sujets à l'expansion.

Je sais qu'une des raisons de cette différence est due à la pauvreté de nos concepts issus du quotidien et de notre langage. D'où la nécessité de donner une description qui évite certains malentendus (par exemple en disant que c'est l'espace qui s'étend et pas les objets qui se déplacent on évite l'écueil de "comment ça peut aller plus vite que c", simplement pour éviter les explications un peu délicates sur la localité et l'absence de sens dans l'absolu de parler de la vitesse relative entre deux objets éloignés, en RG. Domage, moi je trouve que c'est bien d'expliquer ça : pour mettre au bac la vision trop newtonienne de l'univers).

Malheureusement avoir des descriptions vulgarisées adaptées à différents domaines entraine aussi des confusions du style "c'est différent pour le caillou" ou "c'est différent pour l'effet Doppler".

Plus encore : même le redshift gravitationnel est de même "nature" en RG.

Je ne connais malheureusement pas de manière claire d'expliquer, de manière vulgarisée, in extenso la RG dans toutes ses subtilités, sans passer par l'outillage mathématique. Et je n'ai jamais vu de bouquin y arrivant vraiment. Faudrait qu'on demande à un super pédagogue comme Feynman, mais là va nous falloir faire tourner les tables

[papy-alain]

Sur le diagramme, la différence entre le tracé bleu et le tracé rouge est due uniquement à la dilatation du temps, ou d'autres facteurs interviennent ils ?

[invite80fcb52e]

Sur le diagramme, la différence entre le tracé bleu et le tracé rouge est due uniquement à la dilatation du temps, ou d'autres facteurs interviennent ils ?

Beh la courbe bleu c'est simplement une évolution linéaire, c'est à dire vitesse et redshift proportionnels. C'est juste là pour voir qu'à bas redshift, la vitesse de récession des galaxies (courbe rouge) ou la vitesse relativiste (courbe verte) suivent une loi linéaire.

[papy-alain]

OK. Puis je en déduire que si j'envois dans l'espace, depuis la terre, une ampoule lumineuse à une vitesse relativiste et que je mesure son redshift, je vais avoir la même mesure que s'il s'agissait d'une galaxie lointaine s'éloignant à la même vitesse, étant entendu que pour l'ampoule il s'agit d'une vitesse propre par rapport à la terre, et que pour la galaxie, il s'agit d'une vitesse d'éloignement uniquement due à l'expansion ?

[inviteefd8627f]

Donc si je résume (ou je carricature?) les spécialistes en cosmologie:
- au début de l'histoire de l'univers, y a un truc qui génère de l'inflation, mais on sait pas ce que c'est.
- dans la période récente, y a un truc qui accélère l'expansion, on l'appelle énergie sombre, mais on sait pas ce que c'est.
- entre les 2 par contre, pas de problème: tout s'explique très bien par l'énergie cinétique du caillou.
Et apparemment, y a aucun lien entre les 3: l'énergie sombre, c'est seulement dans la phase 3.

J'ai toujours un peu de mal à avaler le caillou

[papy-alain]

J'ai toujours un peu de mal à avaler le caillou

Attends, je suis en train de renifler le caillou, mais j'ai besoin d'une suite de raisonnements un peu tordus pour y parvenir

[invite80fcb52e]

je vais avoir la même mesure que s'il s'agissait d'une galaxie lointaine s'éloignant à la même vitesse

Seulement si l'ampoule ne s'éloigne pas trop vite. Tu vois bien qu'à un redshift aux alentours de 1 les deux courbes divergent. Donc c'est vrai quand z est plus petit que 1, autrement dit v < c/2 à peu près!

[inviteefd8627f]

Par contre reste à savoir si le modèle actuel, c'est à dire une constante cosmologique en guise d'énergie sombre, est bien le bon ou si l'énergie sombre pourrait voir sa densité varier au cours du temps, ce qui changerait le résultat.

Est-ce qu'y a pas d'autres termes qui pourraient être variables dans les équations? Par exemple la masse totale de matière dans l'univers ...

[invite80fcb52e]

Est-ce qu'y a pas d'autres termes qui pourraient être variables dans les équations? Par exemple la masse totale de matière dans l'univers ...

Seules la densité et la nature (l'équation d'état pour être exact) des espèces présentes dans l'univers jouent un rôle. La masse n'intervient pas!

Après on peut toujours modifier le modèle, par exemple avec un univers non homogène et isotrope mais ce n'est pas trop ce qu'on observe...

[Mailou75]

Seulement si l'ampoule ne s'éloigne pas trop vite. Tu vois bien qu'à un redshift aux alentours de 1 les deux courbes divergent. Donc c'est vrai quand z est plus petit que 1, autrement dit v < c/2 à peu près!

Salut à tous,

Si je poursuis l'expérience, j'envoie l'ampoule à 2c/3 et j'attend suffisement longtemps pour qu'elle atteigne une galaxie qui s'éloigne à c/3,
au moment ou elle arrive la bas elle disparait ? (puisqu'elle va alors à c)

merci

[Deedee81]

Salut,

mais on sait pas ce que c'est.
mais on sait pas ce que c'est.

T'as tout compris

Et encore !
Il y a un truc qui a provoqué une différence entre matière et antimatière mais ne ne sais pas ce que c'est.
Il y a quelque chose qui provoque une rotation plus rapide des étoiles (ou le mouvement des galaxies ou les effets de lentilles gravit.) que ne le laisse présumer la matière visible. Mais on ne sait pas ce que c'est.
L'univers à trois dimensions d'espace, mais on ne sait pas pourquoi.
Etc... etc... etc...

Si on savait tout, ce ne serait pas marrant

C'est d'ailleurs pour cela que le Modèle Standard de la cosmologie est un modèle et pas une théorie (même si on dit toujours "théorie du big bang"). C'est une modélisation de l'ensemble des données connues (observations) utilisant des simulations et les théories connues et validées (électromagnétisme, RG, physique nucléaire, thermodynamique, etc...).

C'est justement ce modèle qui permet de dire "ah tiens, là il y a un truc dont on ne connait pas la cause. Cherchons"

Alorz cherchez mes amis : à vos télescopes, à vos accélérateurs et à vos équations. go go go....

[papy-alain]

Bonjour.
Si vous le permettez, je reprends le fil de la discussion concernant le diagramme illustré par Gloubi. Si je l'interprète bien, un redshift de 10 en abscisse me donne une vitesse proche de c pour mon ampoule (en vert), et une vitesse d'environ 2c pour ma galaxie (en rouge). C'est bien ça ?

[Deedee81]

Salut,

Si je l'interprète bien, un redshift de 10 en abscisse me donne une vitesse proche de c pour mon ampoule (en vert), et une vitesse d'environ 2c pour ma galaxie (en rouge). C'est bien ça ?

Oui.

[papy-alain]

Oui.

Y a pas plus clair
Bonjour Deedee.
Comment peut on voir un objet ayant une vitesse d'éloignement de 2.c ?

[Deedee81]

Comment peut on voir un objet ayant une vitesse d'éloignement de 2.c ?

Il n'y a pas particulièrement de problème. Ce n'est pas parcequ'il s'éloigne à la vitesse 2c qu'il devient invisible. Les signaux viennent juste de plus en plus loin, c'est tout.

Mieux encore, s'il envoie des signaux tous les T, toi tu les recevras tous les 11*T (décalage = 1+z, z = redshift). Le redshift affecte de la même manière les longueurs d'ondes et les durées apparentes.

[papy-alain]

Il n'y a pas particulièrement de problème.

Ca dépend pour qui.
La taille de notre sphère d'univers observable est aujourd'hui de +/- 13,7 G a-l, la frontière étant établie par c. Donc tout ce qu'on peut observer devrait avoir une vitesse d'éloignement, par rapport à nous, inférieure à c., et tout ce qu'on n'observe pas se trouve, par définition, hors de notre horizon cosmologique. Pourquoi la vitesse d'éloignement d'objets observés serait elle supérieure à la vitesse d'expansion de l'univers ?

[Deedee81]

Ca dépend pour qui.

Pour moi itou car je n'avais pas bien compris ta question. Désolé,

En fait tu parlais de l'horizon, c'est bien normal et ça m'avait échappé

Et là, il ne s'agit plus de simplement lire le diagramme ou d'interpréter un effet Doppler. N'ayant pas creusé assez ce genre d'interrogation, j'ai peur de dire une bêtise.

Tout ce que je peux déjà dire c'est que la vitesse apparente mesurée est celle des objets à l'époque où ils ont émis leur lumière. Tandis que le graphique semble donner la vitesse des objets qu'ils ont maintenant.

Je vais laisser Gloubi préciser.

[papy-alain]

Merci, Deedee. Effectivement, ce n'est pas très clair.

[invite80fcb52e]

La taille de notre sphère d'univers observable est aujourd'hui de +/- 13,7 G a-l, la frontière étant établie par c. Donc tout ce qu'on peut observer devrait avoir une vitesse d'éloignement, par rapport à nous, inférieure à c.

Tu fais l'erreur classique et récurrente de croire que l'horizon cosmologique est créer par la vitesse d'éloignement égale à c, ce qui est FAUX!
L'horizon se trouve être aujourd'hui à 46 GAL, ce qui correspond bien à l'asymptote à un peu plus de 3c (46GAL/13,7GA=3c) donnée par la courbe rouge.
Alors que l'existence d'un horizon est simplement causée par l'age de l'univers et la vitesse finie de la lumière. On peut pas voir de zones dont le trajet de la lumière mettrait plus que l'age de l'univers pour nous parvenir!

La confusion vient du fait que l'age que l'age de l'univers coïncide à peu de choses près au temps de Hubble (l'inverse de la constante de Hubble: 1/H). Ca dépend des paramètres cosmologiques et il s'avère que dans notre cas c'est à près le même.
De plus on a tendance à résonner en terme statique et donc on considère que 13,7 milliards d'années de trajet correspond à une distance de 13,7 GAL.
Et quand on regarde à quelle distance un objet s'éloigne à la vitesse de la lumière on trouve c/H soit c fois le temps de Hubble, ce qui est à peu près c fois l'age de l'univers donc on retrouve aussi 13,7 GAL. Et donc on en conclut que horizon (13,7 GAL) est causée par vitesse d'éloignement égal à c (13,7GAL).

Il y a plusieurs milliards d'années quand l'univers était dominé par la matière (énergie sombre négligeable), l'age de l'univers vallait 2/3 du temps de Hubble, donc on aurait pas eu ce problème. De même dans plusieurs milliards d'années quand on sera complètement dominé par l'énergie sombre (en vertu du modèle actuel), l'age de l'univers sera plus grand que le temps de Hubble, donc on aura pas ce problème non plus...

Pourquoi la vitesse d'éloignement d'objets observés serait elle supérieure à la vitesse d'expansion de l'univers ?

Il y a 2 choses: la vitesse d'éloignement au moment de l'émission et au moment de la réception (aujourd'hui). La courbe rouge te donne celle au moment de la réception, donc un objet avec un redshift de 10, s'éloigne aujourd'hui à 2c de nous.
Par contre sa vitesse à l'émission était de plus de 3c.
Tu vas me dire comment on peut le voir alors? Une fois que le photon est partit, il a une vitesse d'éloignement de 3c mais va à c vers nous donc on a comme une vitesse relative d'éloignement de 2c avec le photon.
Or l'expansion ralentit et le photon gagne un peu de terrain en avançant, donc le photon "s'éloigne" de moins en moins vite (même si il vient vers nous), puis il finit par s'éloigner à c (donc il est "immobile" vue d'ici, même si on le voit pas). L'expansion ralentit encore et il finit par finalement se rapprocher de nous et il nous arrive finalement après un très long voyage.
Avec seulement 3 GAL de distance à l'émission, le photon a voyagé pendant 13,2 milliards d'années. Et sa galaxie qui l'a émis se trouve maintenant à 31 GAL.
Pour la galaxie sa vitesse d'éloignement initiale est bien de 3c, mais comme l'expansion ralentit, elle atteint finalement 2c aujourd'hui!

D'ailleurs j'ai bien précisé en postant le graphe que la courbe rouge est celle de la relativité générale et pas de la relativité restreinte, donc pas de limite de c pour les vitesses d'éloignement causées par l'expansion!

Il faut voir ça comme un tapis roulant:
Usain Bolt est un photon, il court à la vitesse maximale que peut atteindre un humain, soit environ 10m/s. Il ne peut pas courir moins vite, ni plus vite!
Aucun humain ne pourra aller plus vite que 10m/s. C'est physique!
Imagine maintenant que tu le mets sur un tapis roulant, il va toujours courir à 10m/s par rapport au tapis roulant, et bien qu'il essaye de se rapprocher de toi, si le tapis roulant va plus vite que 10m/s, il s'éloignera. Si le tapis roulant va à 30m/s, Usain Bolt s'éloignera à 20m/s, mais lui il court toujours à la même vitesse: 10m/s.

C'est pareil avec l'expansion: le tapis roulant c'est l'espace, Usain Bolt c'est un photon, et 10m/s c'est la vitesse de la lumière. Tu as la vitesse en RR qui est celle de Usain Bolt, 10m/s, et la vitesse en RG qui est celle du tapis roulant. L'une est une vitesse locale (en RR), l'autre est une vitesse globale (en RG).

Après si on veut l'améliorer l'analogie il faut considérer un tapis roulant à vitesse variable dans le temps et dans l'espace: plus on est loin plus il va vite, plus l'univers est jeune plus il va vite.

[Deedee81]

Ah, une explication détaillée.... que je lirai demain matin.

Merci Gloubi,

Bonne soirée à tous,