Lost in space: La foire aux questions bêtes. A l'aide!!

[invitedb7f93a4]

Bonjour tout le monde .

C'est mon premier sujet et.. j'ai besoin de votre aide!!!

Je regarde depuis quelque temps tous les documentaires possibles sur les théories en vigueurs expliquant notre univers et donc l'histoires
des découvertes dans le domaine. Habité, par folie, me sentant insulté par trop de vulgarisation, j'ai même tenté de lire de la documentation
scientifique . Me voilà donc avec de très nombreuses questions, certaines cherchant simplement à vérifier une bonne (ou mauvaise) compréhension,
d'autres témoignant de ma totale perplexité.
(2 choses: mes interrogations sont nombreuses mais il m'aurait paru inutile et laborieux de faire un topic différent pour chacune.
Je n'ai pas trouvé de réponse satisfaisant à mes questions dans le forum bien que les même sujets aient été abordé maintes et maintes fois sniff).

Voilà mes questions:

Selon la théorie de la relativité, la vitesse de la lumière ne dépend pas du mouvement de l'observateur n'est-ce pas? Autrement dit même si j'allais à
la vitesse de 299 792 450 m/s (8 seconde de moins) la lumière, elle, irait toujours à 299 792 458 m/s de plus que moi, est-ce correct?
Toujours selon la théories d'Einstein, un hypothétique vaisseau spatial ayant la capacité de joindre mars en disons 10 minutes, paraîtrait le faire en bien
plus de temps pour un observateur terrien non? (estimation?)

Ai-je bien compris que pour la communauté scientique, l'univers n'est pas un espace vide infini dans lequel la matière est en expansion mais que ce j'appel vide est lui-même issu du Big-Bang? Que la réponse soit oui ou non: C'est quoi ce vide? De l'espace-temps?
"L'univers observable" est délimité par "l'horizon cosmique" je crois..(?) Comment parvient-on à observer un univers vieux de 13 milliard d'année?
Les astronomes disent observer un univers jeunes, n'en faisions-nous pas partie? Comment la lumière de cette époque peut-elle encore nous parvenir
aujourd'hui?

J'ai vu dans certaines vidéo des représentations incompréhensible de l'univers: http://aramis.obspm.fr/~combes/Astro04/lcdmtree.jpg. Comment? Chaque
partie se trouve bien dans une échelle de temps différente?
L'univers actuel est en réalité bien plus vaste et vieux que l'univers observable non? Il n'est pas possible de pouvoir regarder 13 milliard d'année en
arrière dans n'importe quel direction!?


Bref, je me pose des questions! aidez-moi je vous en prie..
-----

[Gilgamesh]

Selon la théorie de la relativité, la vitesse de la lumière ne dépend pas du mouvement de l'observateur n'est-ce pas? Autrement dit même si j'allais à
la vitesse de 299 792 450 m/s (8 seconde de moins) la lumière, elle, irait toujours à 299 792 458 m/s de plus que moi, est-ce correct?

Tout à fait.

Toujours selon la théories d'Einstein, un hypothétique vaisseau spatial ayant la capacité de joindre mars en disons 10 minutes, paraîtrait le faire en bien plus de temps pour un observateur terrien non? (estimation?)

Bon, 50 Mkm en 10 min ça ne fait "que" du 83 000 km/s (0,28 c) ; l'effet de dilatation temporel serait de (1-0,28²)^1/2 = 0,96. Autrement dit, la Terre te verrait le faire en 10 minutes et toi en 10*0,96 minute seulement. Mais sinon, dans l'idée c'est ça.

Ai-je bien compris que pour la communauté scientique, l'univers n'est pas un espace vide infini dans lequel la matière est en expansion mais que ce j'appel vide est lui-même issu du Big-Bang? Que la réponse soit oui ou non: C'est quoi ce vide? De l'espace-temps?

Le vide c'est l'état fondamentale des champs quantiques. L'espace-temps c'est le "contenant" géométrique de cette "substance". Et ce cadre géométrique n'a pas besoin en effet d'un "contenant" plus englobant pour s'expandre : ce sont les distances internes à l'univers en expansion qui grandissent.





repost :

les différentes notions de distances en cosmologie

1- La première notion de distance est en fait un temps : le temps de trajet du photon (ou temps de regard en arrière, t_lookback dans les graphique du bas). C'est celle qui est donnée usuellement, en années-lumière. Il s'agit bien d'années qu'a passé le photon dans l'espace, pour nous parvenir. Mais à quelle distance en mètres cela correspond ?

Dans un univers en expansion, il n'y a pas de définition univoque de la distances, il y en a deux (plus une troisième qu'on verra après).

2- la distance entre les objets au moment de l'émission du photon (distance dite angulaire) Da
3- la distance entre les objets au moment de la réception du photon (distance dite comobile) Dc.

La distance angulaire Da est ainsi nommée parce que c'est celle qu'il faut prendre en compte pour juger de la taille angulaire de l'objet-source sur la voute céleste. L'angle alpha sous lequel on observe l'objet de taille h est :


(pour les petits angles)


Donc, quand le photon a été émis, la source était la la distance Da de l'endroit où nous sommes. Et à ce moment là, le taux d'expansion H(t) était plus élevé que maintenant. Le photon "remonte" donc un "flot d'espace" comme un saumon remonte la rivière (à une vitesse propre constante : c) pour arriver jusqu'à nous. On conçoit que si l'intégrale sur le temps de trajet du courant d'espace qui s'écoule sur les flancs du saumon excède ct, il ne progresse pas, mais recule et ne parvient jamais à l'observateur. Pour l'instant, ce n'est pas le cas : l'intégrale sur le temps de H(t) n'a jamais été si grande qu'elle nous empeche de voir tous les photons émis dans notre direction depuis que l'univers émet librement des photons. Les cosmologistes d'aujourd'hui sont bien chanceux.

Donc notre photon-saumon progresse, c'est à dire que à tous les instants la distance entre lui et la source diminue. Mais bien sur elle diminue bien plus lentement que ct puisque à chaque instant la distance augmente de Hd entre le photon situé à la distance d et l'observateur futur. Quand d et H était maximal (donc à l'émission) la progression était minimal. Puis peu à peu le photon-saumon progresse de plus en plus efficacement vers l'observateur, car la distance d diminue (c'est la principale raison) ainsi que le taux d'expansion.

En même temps qu'il progresse difficilement vers le futur observateur, la distance qui le sépare de sa source augmente plus vite que ct. Car en plus de la distance parcourue par les moyens propres du photons (soit ct) il faut ajouter la distance que rajoute l'expansion. Quand le photon-saumon regarde dans son rétroviseur, il voit une source qui s'éloigne de plus en plus vite de lui, quoique sa vitesse propre soit constante.

Quand il arrive à l'observateur et achève sa glorieuse (quoique monotone) existence sur la rétine de l'observateur, il a parcouru par ses moyens propres ct = 13 Gal mais la source est bien plus éloignée que cela désormais. Et cette distance réelle est ce qu'on appelle la distance comobile. C'est la distance à laquelle se trouve aujourd'hui la source, après 13 Ga d'expansion.

Le ratio entre Da la distance angulaire (à l'émission) et Dc la distance comobile (à la fin du trajet) est extrêmement simple à calculer, il est égal par définition au facteur d'expansion a0/a = 1 + z, a0 étant n'importe quelle distance mesurée aujourd'hui et a la même distance au moment de l'émission, z étant le décalage vers le rouge.




4- Distance de luminosité
Les objets lointains nous apparaissent comme étant très proches (Da relativement petit) mais par contre il sont beaucoup moins lumineux que ce que leur taille angulaire pourrait laisser supposer, car le photon-saumon en luttant contre le flot d'espace qui défilait sous lui, a perdu du 'gras', c'est à dire de l'énergie. Il arrive exténué à l'observateur : c'est le décalage vers le rouge z. De façon totalement équivallente, ça nous fait mesurer la température de la source du rayonnement plus froide qu'à l'émission. On définit donc une distance de luminosité Dl qui est celle qu'il faut prendre en compte pour savoir combien d'énergie va arriver au récepteur depuis la source. C'est Dl qui nous donne la magnitude de l'objet. La encore c'est très facile à calculer avec le z :




Ainsi, un objet qui nous parait, d'après sa taille être situé à mettons Da = 1 Gal avec un z = 6 est situé aujourd'hui à une distance de Dc = 1 Gal * (1 + 6) = 7 Gal et l'énergie qui nous en parvient est la même que s'il était situé à 1 Gal (1 + 6)² = 49 Gal.

Pour savoir quel est le temps de regard en arrière (ou temps de trajet du photon), il faut intégrer H(t) et cela dépend cette fois ci du modèle d'expansion que l'on choisit, c'est à dire dans l'équation ci dessous, du choix de Omega_m (densité de matière) et de Omega_lambda (constante cosmo).

note : amha il y a une coquille dans le première image, il faut lire Omega_lambda = 0,7 et non 0,3

J'ai vu dans certaines vidéo des représentations incompréhensible de l'univers: http://aramis.obspm.fr/~combes/Astro04/lcdmtree.jpg. Comment? Chaque
partie se trouve bien dans une échelle de temps différente?

Non, là on imagine que toutes les parties sont visibles à la même époques. Dans le cas réel, l'observateur au centre du cube verrait les bord un peu plus jeunes, donc moins évolués.

L'univers actuel est en réalité bien plus vaste et vieux que l'univers observable non? Il n'est pas possible de pouvoir regarder 13 milliard d'année en
arrière dans n'importe quel direction!?

Hmmm effectivement t'as pas encore pigé le truc. Encore un petit repost, on verra si ça fait tilt.


Ci dessous, je représente divers stade d'une maille d'Univers, celle par exemple qui nous contient (nous sommes disons dans la galaxie "aujourd'hui"). Les carrés précédents montrent par quels stades nous sommes passés. On voit que la maille élémentaire augmente de taille : c'est l'expansion. A cause de l'expansion l'Univers refroidit et se condense gravitationnellements en divers objets, sur plusieurs échelles (des étoile aux superamas). Les galaxies, au départ naines, se condensent pour former les "grandes galaxies" d'aujourd'hui.

L'Univers étant homogène et isotrope, cela c'est passé partout pareil.. La même séquence se répète quelle que soit la maille d'Univers (pour peu qu'elle soit assez grande pour contenir au moins un superamas). Maille élémentaire que l'on peut répéter 10, 100, 1000, oo-ment de fois ? Nous n'en savons trop rien. Mais en tout cas, c'est la même histoire partout.




Ce qui fait que les stades par lesquels NOUS sommes passé, nous pouvons les représenter sous la forme de coquilles concentriques qui montrent différentes autres régions de l'Univers (appartenant à une autre "maille" que la notre et rentré dans notre horizon observationnel) telles que nous les voyons décalées dans le temps du fait que leur lumière a mis du temps à nous parvenir.

S'il n'y avait pas de redshift et si l'Univers était transparent depuis les origine, le Big Bang apparaitrait dans le fond du ciel.

Un fond du ciel infiniment brillant.

Mmmmh...

Il ferait un peu chaud

Ben la température du Big Bang très exactement et RIEN n'aurait pu naitre, en fait !

L'image ci dessous représente donc une pure "vue de l'esprit". C'est juste pour se représenter les différentes "coquille" en rapport avec le "plan séquence" précédent.





Et voici l'Univers tel que nous l'observons vraiment. Le CMB nous cache le Big Bang (cercle pointillé), car l'Univers est opaque avant son émission. Et le CMB lui même est passé de sa température de rayonnement de 3000 K à moins de 3K (z~1100).

C'est l'Univers réel :





a+

[invite2762af86]

Envoyé par symbolik
Selon la théorie de la relativité, la vitesse de la lumière ne dépend pas du mouvement de l'observateur n'est-ce pas? Autrement dit même si j'allais à
la vitesse de 299 792 450 m/s (8 seconde de moins) la lumière, elle, irait toujours à 299 792 458 m/s de plus que moi, est-ce correct?

Tout à fait.



bonjour, je rajoute une question au vu de cette réponse, en imaginant une expérience de pensé ou il y aurait deux observateur regardant le même photo, l'un imobile et l'autre allant 0,98 c par exemple, les deux observateurs verraient donc ce photon aller a la vitesse de C par rapport à eux ?

dsl de l'intrusion dans ce topic mais je me questionnais sur cette réponse.

merci

[invite29cafaf3]

bonjour, je rajoute une question au vu de cette réponse, en imaginant une expérience de pensé ou il y aurait deux observateur regardant le même photo, l'un imobile et l'autre allant 0,98 c par exemple, les deux observateurs verraient donc ce photon aller a la vitesse de C par rapport à eux ?

dsl de l'intrusion dans ce topic mais je me questionnais sur cette réponse. merci

La même, tout à fait.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedb7f93a4]

Merci infiniment pour cette réponse!
Je vais méditer toutes ces infos, je suis sûr de pouvoir démêler le fil en partant de là (j'avoue être encore très perplexe pour la dernière partie).

[Gilgamesh]

Pars du fait absolument basique (une fois que tu as compris) que le Big Bang s'est déroulé à l'endroit même où tu te trouves et que ce point n'a jamais changé de coordonnées. Mettons qu'il se situe à la coordonnées x=65465, y=8574547, z=5454. Le point de coordonnées voisines x=65466, y=8574547, z=5454, est situé à une unité de coordonnée de la tienne. L'expansion de l'univers s'exprime par le fait que la longueur, en mètre, de cette unité de coordonnée, a (le facteur d'échelle) est une fonction du temps. Soit t0 aujourd'hui et td le moment du découplage. Si on fixe a0 = a(t0) à 1 mètre aujourd'hui, a(td) valait 1/1100 mètres au moment du découplage par exemple. Les deux points n'ont pas bougés d'un poil : leur coordonnée n'a pas changé. Mais ils se sont éloignés l'un de l'autre parce que de l'espace s'est ajouté entre eux.

a+

[invite8393711c]

Merci beaucoup Gilgamesh pour toutes ces précisions et surtout ces exemples !