Astre le plus lointain, expansion et lumière

[invitead511be9]

Bonjour à tous,

Je suis tout nouveau sur le forum, j'avoue que j'apprends enormement de choses en lisant vos questions et surtout vos réponses. Je ne suis pas scientifique du tout mais je m'interesse beaucoup à l'univers.
Voila j'ai une question, c'est parti:

J'ai lu que les scientifiques avaient découvert l'astre le plus lointain jamais vu, et que celui ci était à 13,1 milliards d'années lumière.
Cet astre a existé 600 millions d'années après le big bang et nous le voyons 13,1 milliards d'années plus tard...

D'après ce que j'ai lu, l'expansion de l'univers s'accélère, cela veut dire qu'entre 2 étoiles la distance s'accroit de plus en plus.

Il y'a 13,7 milliards d'années, tout était regroupé au même point minuscule. Si nous voyons cet astre seulement aujourd'hui, cela veut dire que jusqu'à présent entre l'emplacement de la terre et celui de cette étoile, la distance en 13,7 milliards d'années s'est agrandit plus vite que la vitesse de la lumière en 13,1 milliards d'années.
Qu'est ce qui fait qu'aujourd'hui, on voit cet astre ? Est ce que notre galaxie ne s'éloignerait plus de cette étoile ? Où est ce dû à une eventuelle courbure de l'univers ?
Merci d'avance pour vos réponses
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[Deedee81]

Salut,

Il y'a 13,7 milliards d'années, tout était regroupé au même point minuscule.

Attention, ceci n'est pas nécessairement vrai.

Nous ignorons si l'univers est fini ou infini. Dans ce dernier cas, il l'a toujours été et n'a jamais été réduit à un point.

Par contre, l'univers observable, celui que nous pouvons voir, a été très petit à une époque. Pas c'était une petite zone dans un univers plus grand.

Si nous voyons cet astre seulement aujourd'hui, cela veut dire que jusqu'à présent entre l'emplacement de la terre et celui de cette étoile, la distance en 13,7 milliards d'années s'est agrandit plus vite que la vitesse de la lumière en 13,1 milliards d'années.
[....]

Pas nécessairement. Au fur et à mesure que le temps passe, la taille de l'univers observable grandit et il peut englober des galaxies qui étaient déjà éloignée il y a fort longtemps.

D'un autre coté, on a des raisons de penser que l'univers est passé au tout début par une phase d'inflation. Une phase où l'univers a grandit fortement, exponentiellement.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Inflation_cosmique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

Gloubi a donné récemment des explications assez complètes sur les horizons en cosmologie. Il faudrait retrouver le fil.

[invitef4d52012]

C'est pas lié à la notion trompeuse de "point minuscule" ? Ça donne l'impression qu'il y a un centre de l'univers d'où tout serait parti. Hors tout l'univers, donc tout l'espace était contenu dans ce "point". L'expansion est peut-être une notion un peu trompeuse aussi. Ne faudrait-il pas plutôt parler de dilatation ?^ L'expansion donne l'impression d'une expansion de l'univers en grossissant dans le vide. Or ce vide n'existe pas. En dehors de l'univers, il n'y a rien. Tout est compris dans ce "point" initial qui s'est dilaté. Ce n'est pas une "explosion", une projection de l'espace vers un autre espace, mais bah une dilatation^. Pas de centre quoi ou un centre partout.

[Deedee81]

Salut Loindici,

La suggestion de faire attention au vocabulaire est très pertinente (et à force de l'employer et de le connaitre on ne fait peut-être pas toujours attention).

Mais le terme dilatation me gêne à double titre.
- Lui aussi peut laisser croire que tout s'est dilaté à partir d'un point contenu dans un espace plus vaste. Le problème étant plutôt lié au fait que notre esprit n'a pas l'habitude de se représenter des espaces finis sans bord.
- Difficile de changer l'usage des termes parfaitement établis comme expansion. Ce terme est rencontré partout (dans les médias, dans les articles, sur internet,....)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef4d52012]

Oui bien sûr.

Les anglophones parlent apparemment de "metric expansion of space". Curieux cet emploi de terme "metric". Ils parlent également "d'expansion intrinsèque". Macro-expansion, expansion inter-galactique...

Bref, désolé, je suis hs.

[papy-alain]

Pour ma part, je trouve que le terme "expansion" est bien choisi, il dit bien ce qu'il veut dire, dés l'instant où on intègre correctement la signification physique que ce terme englobe.
Par contre, cette notion d'univers "tout petit au début" prête à confusion. Le modèle cosmologique actuel, admis par presque tout le monde, prévoit qu'en remontant dans le temps, on arrive à une époque où tout l'univers (et pas seulement l'univers observable) était réduit à la taille de Planck. Déjà, c'est en contradiction avec la possibilité d'univers infini.
Je crois qu'il est plus prudent de dire que par le passé, l'univers observable était plus dense et plus chaud qu'aujourd'hui, mais sans fixer de limite minimale, et sans se prononcer sur sa topologie, tout le reste n'étant que suppositions invérifiables pour l'instant.

[invite6754323456711]

Curieux cet emploi de terme "metric".

Curieux pas tant que cela me semble t-il. C'est à partir de la notion de métrique que l'on peut faire le constat de l’expansion (dans le sens ou la théorie fournie le cadre de nos expérimentations) car basée sur la théorie de la RG dont les équations (d'Einstein) relient la métrique au contenu énergétique de l'univers (qui détermine le champ de gravitation).

De manière schématique de ceux que j'ai pu lire, pour caractériser un univers homogène et isotrope en expansion, la métrique quadri-dimensionnelle : ds² = dt² – dL² = dt² – a(t)²dl² décrit un espace-temps homogène et isotrope en expansion.

a(t) facteur d’échelle étant une fonction du temps

Patrick

[Deedee81]

Il me semble en effet que le qualificatif "expansion métrique" est le plus juste.

Qu'on parle de mesures, de vitesses propres, d'expansion de l'espace, etc... Au moins, expansion métrique s'applique toujours.

[invitead511be9]

Merci pour vos réponses.
Deedee, je n'ai pas très bien compris l'inflation cosmique :
"Quand l'expansion de l'univers décélère, on peut montrer que les distances entre deux objets distants (deux galaxies par exemple) croissent au cours du temps moins vite qu'un signal lumineux. Ainsi, la lumière d'une galaxie, fût-elle très éloignée finit-elle toujours par nous atteindre, exactement comme si l'on imaginait un univers statique, sans expansion. " mais alors pourquoi dit on qu'elle accélère ?

[invite80fcb52e]

mais alors pourquoi dit on qu'elle accélère ?

Il est dit avant: "dans un univers rempli de matière relativiste ou non relativiste".
Or on observe une accélération de l'expansion, ce qui implique qu'il existe une forme d'énergie qui ne se comporte pas comme la matière et qui accélère l'expansion: c'est l'énergie sombre!

[Mailou75]

Il me semble en effet que le qualificatif "expansion métrique" est le plus juste.

Salut,

Considérer que seules les unités changent est le meilleur moyen d'expliquer l'isotropie parfaite, non ?

Merci
Mailou

[Deedee81]

Salut,

Considérer que seules les unités changent est le meilleur moyen d'expliquer l'isotropie parfaite, non ?

Ben, non. L'expansion peut-être homogène et isotrope sans devoir utiliser une telle explication.

En fait, la seule contrainte qu'implique l'homogénéité et l'isotropie est que la relation vitesse d'expansion / distance doit être linéaire. Et inversement, une relation linéaire implique une expansion homogène et isotrope. Il est facile de s'en convaincre avec quelques petits dessins.

Notons qu'à très très très grande distance on observe un écart à cette loi linéaire (même sans prendre en compte l'accélération). Mais ça c'est normal : quand on regarde loin, on regarde dans le passé. Et donc on compare la vitesse d'expansion à différentes époques. Et l'expansion peut varier au cours du temps tout en restant spatialement linéaire. La constante de linéarité (la constante de Hubble) peut varier au cours du temps (même si on continue à l'appeller "constante" la mal nommée )

[papy-alain]

Il me semble en effet que le qualificatif "expansion métrique" est le plus juste.

Qu'on parle de mesures, de vitesses propres, d'expansion de l'espace, etc... Au moins, expansion métrique s'applique toujours.

Si tu veux dire par là qu'un mètre n'a plus la même longueur dans l'espace, ça pose tout de même un problème, non ?

[Mailou75]

Salut,

@Papy-Alain: il me semble que c'est la base de la RG, les mètres et les secondes sont partout différents seul leur rapport C reste localement constant

@Deedee: je trouve tout de même plus simple pour expliquer que ce qui se passe de façon identique en deux point opposés de l'univers ne soit pas lié à ces point. L'expansion nous place au centre alors que l'expansion métrique (réduction locale) implique que l'observateur est au centre d'une expansion illusoire et forcément isotrope. Non?

Merci
Mailou

[papy-alain]

@Papy-Alain: il me semble que c'est la base de la RG, les mètres et les secondes sont partout différents seul leur rapport C reste localement constant

C'est une question d'interprétation. Vitesses et distances sont les mêmes partout, puisqu'on est partout dans un référentiel inertiel et que les lois physiques sont constantes. Ce n'est que lorsqu'on change de référentiel que des différences apparaissent.

[Deedee81]

Si tu veux dire par là qu'un mètre n'a plus la même longueur dans l'espace, ça pose tout de même un problème, non ?

Non, je veux dire que si on prend les explications :
les galaxies s'éloignent les unes des autres
- car elles ont une vitesse relative X
- car l'espace s'étend entre les deux mais leur vitesse propre est 0
(explications qu'on oppose souvent)
exprimé à l'aide des métriques.... c'est la même chose !!!! (enfin, disons qu'on a plutôt un formalisme commun et qu'on peut passer d'une métrique à l'autre en montrant leur équivalence)
Je n'ai pas parlé de la longueur du mètre. Voir ci-dessous également.

il me semble que c'est la base de la RG, les mètres et les secondes sont partout différents seul leur rapport C reste localement constant

Ben non. La seconde (par exemple) est un nombre donné de cycles d'une raie d'émission du césium. Point. Que ce soit ici, là bas, hier ou aujourd'hui. Une seconde ou un mètre, c'est toujours une seconde ou un mètre.

je trouve tout de même plus simple pour expliquer que ce qui se passe de façon identique en deux point opposés de l'univers ne soit pas lié à ces point.

Tu veux décrire ce qui se passe en un endroit sans faire référence à ce qui se passe en cet endroit ? Tu es sur que tu t'es bien exprimé (je taquine car j'ai compris ce que tu voulais dire , tu ne veux pas d'une description de l'univers, l'expansion, nécessitant un point de vue particulier. Et je suis bien d'accord avec toi, voir ci-dessous).

L'expansion nous place au centre alors que l'expansion métrique (réduction locale) implique que l'observateur est au centre d'une expansion illusoire et forcément isotrope. Non?

C'est l'observation d'un endroit donné (la Terre en l'occurence) qui donne l'impression d'un endroit privilégié.... et pour cause !!!! Quand je regarde un paysage par la fenêtre du train je sais que le paysage ne dépend pas du fait que je sois dans le train mais je sais aussi que ce que j'en vois en dépend.

Mais les descriptions de l'expansion ou les descriptions métriques ne mettent pas d'observateur au centre. N'importe quel observateur est valable. Ca permet de décrire l'expansion SANS faire référence à un observateur "central".

Tu aurais du regarder les messages du fil avant de dire ça. Regarde la métrique donnée par u100fil dans son dernier message. Ou vois-tu un observateur au centre là dedans ?

Par ailleurs, non, l'observation depuis un point particulier n'implique pas forcément une expansion isotrope. Je l'ai écrit plus haut.

Si l'expansion est homogène/isotrope indépendamment de tout observateur alors (équivalent, si et seulement si) un observateur quelconque voit une expansion isotrope et linéaire (V = H*D)

Si l'expansion était non homogène, il faudrait une (mal)chance inouie pour qu'elle nous apparaisse isotrope vue de la Terre. Mais on le saurait, car la loi de vitesse = f(distance) ne serait pas linéaire.

C'est d'ailleurs pour cela qu'une des hypothèses alternatives à l'accélération de l'expansion est une expansion pas tout à fait homogène. Et ce qu'on interpréterait comme une accélération serait juste une relation pas tout à fait linéaire. Et on seraut justement à un endroit un peu spécial faisant qu'on voit l'expansion isotrope (la malchance signalée plus haut).

On ne sait pas encore trancher pour ces hypothèses même si beaucoup de scientifiques n'aiment pas cette explication (on n'aime pas dire que notre situation est "spéciale" sans raison, cela donne l'impression de revenir en arrière après la révolution copernicienne !)

[Deedee81]

Je n'ai pas parlé de la longueur du mètre.

Oïoïoï, je viens de comprendre où est la confusion !!!!

Mètre et métrique ce n'est pas la même chose !!!! Le mot métrique utilisé ici n'est pas le "système métrique". Désolé. A force d'employer certains mots on fini par oublier qu'un lecteur pourrait penser à une autre signification

Grumpfffff.... quelqu'un aurait un bon article expliquant ça en terme physique ? Je trouve l'article Wikipedia trop mathématique et l'article sur la métrique physique fait juste référence à deux métriques particulières

Et en anglais ce n'est pas mieux. Il y a bien un article sur l'expansion métrique http://en.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space mais il suppose le concept de métrique connu. La section "définition d'une métrique" y est, hum, sacrément restreint.

Le chapitre sur ça dans Gravitation est vraiment excellent mais il n'est évidemment pas sur le net.

[Mailou75]

Salut,

J'en reviens toujours à la même conclusion, il est plus facile d'expliquer l'observation par une variation locale des unités que par une extension parfaitement homogène de l'espace.
Je vais arrêter de vous bassiner avec ma contraction

A+
Mailou

[Deedee81]

Salut,

J'en reviens toujours à la même conclusion, il est plus facile d'expliquer l'observation par une variation locale des unités que par une extension parfaitement homogène de l'espace.

Si toi tu as plus facile de te l'expliquer comme ça, je ne vais pas te le reprocher. Chacun son truc.

Je vais arrêter de vous bassiner avec ma contraction

Mais non voyons, inutile se de faire tout petit

[Mailou75]

Disons que si il est difficile d'admettre que les atomes se contractent aucours du temps, ça me parait moins torturé qu'une "vitesse apparente due à une dilatation de l'espace". Pourquoi l'atome serait il le seul système à ne pas perdre d'énergie dans le temps ?
ça je n'arrive pas a me l'expliquer...
J'attends toujours l'argument imparrable qui me fera changer de point de vue, mais si tu me dis "chacun son truc" ça ne m'aide pas à rejoindre le rang

Mailou

[mach3]

Pourquoi l'atome serait il le seul système à ne pas perdre d'énergie dans le temps ?

il faut nuancer, un atome peut perdre de l'énergie, quand il passe d'un état excité à un état moins excité. Il peut aussi perdre de l'énergie cinétique.
Néanmoins quand il atteint l'état fondamental et qu'il est au repos (même si c'est pas très facile pour un atome), il ne peut plus perdre d'énergie sans que son intégrité soit atteinte (on peut encore lui enlever de l'énergie par réaction nucléaire par exemple) et là il y a souvent une grosse barrière de potentiel à franchir. A part une éventuelle réaction nucléaire, l'atome dans son état fondamental est stable et n'a aucune raison ni moyen de perdre encore de l'énergie.
L'énergie de l'état fondamental est une constante qui dépend des constantes fondamentales de la physique (constante de Planck, masse de l'électron, masse du proton, etc...) et la seule façon de la voir varier serait que ces constantes puissent varier, ce qui n'est pas à l'ordre du jour.

m@ch3

[Mailou75]

l'atome dans son état fondamental est stable et n'a aucune raison ni moyen de perdre encore de l'énergie

Salut,

Oui j'entends bien, il ne perds pas d'énergie par rapport à son environnement. Mais si le temps affecte tous les atomes de façon identique il est impossible de mener une expérience qui compare passé et présent, impossible donc de se rendre compte de cette perte de volume de l'atome... Sauf à observer le ciel pour se rendre compte que les objets immobiles semblent s'éloigner (mon mètre étalon diminue).
Toujours pas convaincu désolé

[mach3]

je ne cherchais pas à te convaincre, juste à t'expliquer pourquoi un atome ne perd pas d'énergie. Pour aller dans ton sens si ils en perdaient effectivement (à cause de la "variation" de constantes) on ne pourrait vraisemblablement pas s'en rendre compte vu que les appareils de mesure seraient affectés de la même manière...

Je n'ai rien contre l'idée que l'expansion ne pourrait être que la contraction des systèmes liés (les distances entre système non liés entre eux restant constantes), c'est juste une autre interprétation du même phénomène. Le seul problème c'est que je n'ai pas les connaissances suffisantes en RG pour étayer cela proprement.
On m'a plusieurs fois conforter dans cette façon de voir l'expansion sur ce forum et on m'a aussi plusieurs fois fait remarquer que bien qu'éventuellement agréable à l'esprit, ce n'est pas la meilleure à toutes fins pratiques (les étalons de mesures que l'on utilise sont locaux...).

m@ch3

[Mailou75]

Merci,

Je suppose qu'il doit tout de meme exister un argument qui départage ces deux interprétations. A part le principe du rasoir d'ockham qui me fait pencher pour la contraction... Mais ça n'a rien d'une preuve tangible

Help ! Qqun pour me convaincre de l'expansion ?

Mailou