Mesure de l'énergie noire

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Bonjour à tous,

Après quelques recherches sur l'énergie noire, j'ai du mal à comprendre comment (vu dans l'émission La Magie du Cosmos) le chiffre de 0, 122 zéro derrière (10 puissance -122) à pu être donné en tant que force de cette énergie noire. (l'énergie noire n'étant pas vraiment d'écrite je crois que en plus on ne peut pas la considérer comme une force, mais je vais faire comme-ci pour essayer de comprendre).

J'ai compris tout d'abord que l'énergie noire se mesure grâce à certaine étoiles (masse de Chandrasekhar) produisant toujours la même quantité de lumière, ainsi, d'une galaxie à une autre, nous pouvons en fonction du virement du spectre vers le rouge, ou le bleu de la lumière, mesurer la vitesse d'éloignement des galaxie (ou rapprochement si elles sont assez près, car la gravité est serai dominante).

Si cette vitesse, est toujours proportionnelle en fonction de l'éloignement des galaxie (plus elles sont éloigné, plus elles s'éloigne vite, et inversement)
, l'énergie noire serait donc une constante si elle possède une donné fixe? (Serait-ce ce chiffre...? Peut-être sur des sites américains, pour les anglophone, on peut trouver plus d'information?)

En tout les cas cela reste un chiffre extrêmement faible, et j'ai du mal à comprendre à quoi il correspond réellement. Question d'échelle?

Car si on visualise, l'énergie noire, c'est l'énergie qui produit la force pour séparer les galaxie entre elle (expansion de l'univers comme un ballon qui gonfle), cette énergie à l'échelle cosmologique est donc très grande, vu que l'univers est immense. De plus pour faire s'éloigner des galaxies entre elle, il en faut de la force.

Donc ce chiffre, correspondrait, à une force à une échelle très petite, qui à petite échelle est très faible, négligeable comparé aux 4 forces d'interaction que nous connaissons? Et puis peut-être aussi que c'est que dans le faux vide de l'espace qu'elle peut interagir, car la matière, ou en présence champs gravitationnel de la matière, elle ne peut pas agir à même dose. Donc on ne pourrait pas définir un chiffre fixe comme cela.
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[Gilgamesh]

Ce n'est pas une force c'est... ben une énergie(*), une densité d'énergie plus exactement. De la même façon que l'eau n'est pas une force, mais de la masse (une forme d'énergie, également) et qu'elle se définit par une densité de 1000 kg par m3. Ici l'énergie ne provient pas d'une masse formé d'atomes, mais, c'est une hypothèse, de l'activité du vide.

un repost sur le sujet :

A la base...

Ce qu'on appelle la matière, c'est un vide qui n'est pas à son état d'énergie minimal, c'est à dire un vide excité.

Ce qu'on appelle le vide c'est un ensemble de champs, un pour chaque particule élémentaire, à leur état d'énergie minimal. Même dans cet état minimal, le champs conserve une activité résiduelle qui produit des couples de particules qui se résorbent en un temps très court (d'autant plus court que la particule produite est massive). Le vide est une ruche vibrionnante qui produit de la matière à jet continu. Mais il s'agit d'une matière virtuelle, c'est à dire que ces particules ne peuvent pas interagir avec une particule réelle, un détecteur de particules par exemple (elles produisent par contre un effet collectif qui joue un rôle important dans la théorie des champs quantiques).

L'énergie par unité de volume rho autrement dit la densité d'énergie du vide (en J/m3, par exemple) résulte d'une sommation sur les champs quantique.

L'énergie E d'un champ en théorie quantique c'est :

E = (n + 1/2)hv

avec
h la cte de Planck
v la fréquence (pour une particule de masse m au repos, on a hv = mc²)
n = 0, 1, 2... le nombre de particules (réelles) du champ.

n>0 représente l'état excité, le champ génère de la matière
n=0 représente l'état d'énergie minimal du champ, cad le vide.

D'où l'énergie de point zéro du champ :

E(n=0) = hv/2

...qui n'est pas nulle.

Pour calculer l'énergie de vide, on intègre sur tous les champs de toutes les particules (fermions, bosons) pour obtenir un total.

Et là, c'est le drame...

L'intégrale donne une densité d'énergie de l'ordre de ~1e120 fois l'énergie mesurée. Notre vide semble étonnamment peu énergétique. C'est le problème dit de la constante cosmologique. Sans doute le problème ouvert le plus brûlant de la physique actuelle.

Mais bon...

Si on passe ça sous le tapis, l'idée est que "naturellement" on a une "énergie plancher" qui se déduit du formalisme fondamental la théorie quantique des champs. Comme il s'agit de l'état fondamental des champ, l'idée d'une "dilution" est sans objet. Cela signifierait que les lois de la physiques changent avec l'expansion.


Vide et expansion

Si je prend un système constitué très simplement d'un volume de vide et que j'augmente ce volume, en lui faisant subir une expansion, que se passe t'il ? J'ai crée un volume plus grand d'espace remplis de vide. Comme ce vide représente une certaine énergie par unité de volume, j'ai augmenté l'énergie de mon système.

Soit U l'énergie interne de mon système.

En thermodynamique de base, j'ai l'équation de conservation de l'énergie qui s'écrit comme ça, pour un système adiabatique (=qui n'échange pas de chaleur avec l'extérieur, ce qui est le cas de l'Univers) et isentropique (= dont le nombre moyen de particules par unité de volume ne change pas, ce qui est le cas du vide) :

dU = -pdV

dU est la variation de mon énergie interne
p est la pression
dV est la variation de volume

Très simplement, si j'ai un piston remplis de gaz sous pression et que je le laisse aller, son volume va augmenter (dV>0), et l'énergie interne va diminuer : une force travaille, et ce travail est fourni à l'extérieur, ce qui fait tourner le moteur de la Volvo, par exemple . Mais ici, il ne semble pas que l'Univers puisse faire tourner une Volvo. Il ne fournit de travail à personne.

Alors voyons. D'après ce qui précède :

dU = rho.dV

d'où :

rho = -p

Autrement dit l'augmentation de l'énergie interne est compensée par une pression négative. C'est un truc plutôt bizarre, mais vrai et qui se constate dans l'effet Casimir.

Bon, ça c'est ce que nous dit la théorie quantique des champs, au sujet du vide.

Que nous dit la Relativité Générale, au sujet de l'espace ? Que la gravité d'un fluide quelconque de densité d'énergie rho et de pression p est :

g = rho + 3p

Car en RG, la pression gravite, c'est à dire qu'elle doit être comptabilisée dans la somme des termes qui produisent une courbure de l'espace. Le chiffre 3 devant le terme p est lié aux 3 dimensions spatiales.

On voit donc que pour le vide, si rho=-p, la quantité rho+3p est négative. Autrement dit il s'agit d'une gravité répulsive. Et ceci engendre une expansion.



une page en anglais pour illustrer tout ça


(*) Le lien entre force et énergie est donnée par la relation suivante : E = F.x avec E l'énergie, F la force et x la longueur sur laquelle la force a déplacé son point d'action, ce qu'on appelle un travail. Une énergie c'est donc une force qui travaille, ceci dit pour faire le lien entre ces deux concepts.