A propos de l'expansion de l'Univers

[Raptil]

Bonjour,
On dit que l'Univers est en expansion (accélérée), car tous les objets s'éloignent de nous car nous constatons que leur émission se décale vers le rouge avec la distance. Pourquoi ne pas considérer que l'écoulement du temps se ralentit au cours de l'Histoire de l'Univers, on aurait aussi ce décalage vers le rouge, non?
Ou même, pourquoi ne pas imaginer simplement une vitesse de la lumière non constante avec le temps? Est-ce uniquement parce qu'il est plus simple de représenter l'univers en expansion, et que les caculs sont plus simples ou y a-t-il une raison plus profonde?

Je suis conscient de la confusion de ma question, je vais essayer de la reformuler de manière plus terre à terre, et je rebondirai alors sur vos réponses: est-ce que l'expansion de l'Univers n'a été prouvée que grâce à l'émission de photons d'autres objets?


Merci de votre lecture, et merci à ceux qui répondront.
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[bb98]

Bonjour

La notion de "vitesse variable du temps" est peu pertinente : essayer de réfléchir à ce qu'est une vitesse....

Il y eut, effectivement, une théorie alternative : la "lumière fatiguée" : les photons sur un trajet a priori
fort long, auraient pu voir leur énergie (leur longueur d'onde, c'est voisin) évoluer. Cette théorie
soutenue par Pecker, ne propose cependant pas de prévisions sur ce que l'on connait de nos jours
sur les détails du fond diffus, et sur l'évolution du "jeune" univers.
On peut cependant critiquer, de façon similaire, l'étape "obligée" par nos modèles actuels : l'inflation

De nos jours on se doit de bien faire la part des choses entre :
- les modèles qui "font consensus"
- les modèles alternatifs envisageables
-les modèles "hypothèses d'école"

Les premiers sont déjà complexe à étudier , à connaitre, éventuellement à comprendre
Les autres , si vraiment on a du temps ....

Bien sûr, attendre d'autres avis !

[Gilgamesh]

Bonjour,
On dit que l'Univers est en expansion (accélérée), car tous les objets s'éloignent de nous car nous constatons que leur émission se décale vers le rouge avec la distance. Pourquoi ne pas considérer que l'écoulement du temps se ralentit au cours de l'Histoire de l'Univers, on aurait aussi ce décalage vers le rouge, non?

La notion de vitesse d'écoulement du temps propre (c'est à dire de ce que mesure une horloge sur des événements au repos par rapport à elle) n'a pas de sens évident en Physique. Il faudrait tout reprendre pour simplement lui donner du sens et une cohérence, si c'est possible.

S'il s'agit simplement du temps mesuré par une horloge aujourd'hui sur des événements distants, c'est exactement ce qui se passe, et c'est le sens profond qu'il faut donner au décalage vers le rouge : toutes les durées mesurées sur des événements distants sont allongée de manière synchrone à ce qu'on mesure sur le redshift. Par exemple, la largeur de courbe de lumière des supernovae Ia qui est une constante du phénomène (60 jours pour diviser par 10 la luminosité) est allongé exactement dans les proportion attendues quand on les observe à des distances cosmologiques.

Ou même, pourquoi ne pas imaginer simplement une vitesse de la lumière non constante avec le temps? Est-ce uniquement parce qu'il est plus simple de représenter l'univers en expansion, et que les caculs sont plus simples ou y a-t-il une raison plus profonde?

On n'a tout simplement pas besoin de ce genre d'hypothèse.

Je suis conscient de la confusion de ma question, je vais essayer de la reformuler de manière plus terre à terre, et je rebondirai alors sur vos réponses: est-ce que l'expansion de l'Univers n'a été prouvée que grâce à l'émission de photons d'autres objets?

L'expansion de l'univers est prédite par les équations de la Relativité Générale. Ce n'est pas un "patch" théorique qui a été rajouté pour expliquer une observation gênante.

On part de l'équation d'Einstein



avec
le tenseur de Ricci ;
la courbure scalaire ;
le tenseur métrique de signature (+,-,-,-) ;
la constante cosmologique
le tenseur énergie-impulsion ;
G la cte de gravitation
c la vitesse de la lumière

On la résout pour un univers homogène et isotrope.

On trouve une métrique, c'est à dire une relation mathématique qui permet de calculer la distance d'espace et de temps entre deux événements de l'univers. En coordonnées sphériques, l'élément de longueur d'espace-temps ds est :




avec
c la vitesse de la lumière
t le temps
r la distance spatiale
R le rayon de courbure de l'univers
k la courbure de l'espace (-1, 0 ou +1)

la métrique de la sphère

La point saillant est la présence du terme R(t) devant la coordonnée spatiale : c'est une fonction du temps. L'équation "dit" d'elle même que la solution n'est pas statique (il existe des solutions statiques mais elles ne sont pas réalistes, c'est à dire qu'elles nécessitent un ajustement infiniment précis de la densité et de la constante cosmologique pour que ça ne bouge pas). A noter qu'il en était de même pour un univers newtonien, la seule solution étant alors de le rendre infini. Mais ici, même cette solution ne fonctionne pas. L'univers est soit en contraction, soit en expansion. C'est ensuite à l'observation de trancher : si tous les objets distants sont redshiftés, il s'agit d'une expansion.

Il existe plusieurs autres preuves.

En premier lieu l'observation d'un rayonnement de fond cosmologique (CMB pour cosmic microwave background), très lumineux (il représente 99,9% des photons de l'univers), à la température prédite. Aucune autre théorie concurrente n'explique ce fait majeur, et pour cette raison le CMB est considéré comme la preuve la plus tangible et mesurable de la théorie de l'expansion "avec Big Bang" c'est à dire avec un présentant une phase précoce dense et chaude (contrairement à la théorie de l'univers stationnaire, qui est en expansion, mais avec création continuelle de matière dans le vide, et dans lequel l'univers n'a pas d'histoire, au sens qu'il reste toujours globalement le même le long du temps).

En second lieu, l'abondance des éléments légers, au premier chef desquels, l’hélium 4, suivi par le deutérium, le lithium, le béryllium. Le modèle standard prévoit des abondances de 0,25 pour l'hélium et 1/10 000 pour le deutérium. Le deutérium est intéressant car c'est un noyau fragile : il ne peut être que détruit dans les processus stellaires. La mesure de son abondance dans les objets jeunes (quasar) ou vieux et froid (atmosphère des géantes abondances figées depuis 4,5 milliards d’années par absence d’activité nucléosynthétique), offre un bon banc de test théorique à ce genre d'hypothèse.

Comme indice probant que l'univers a un âge fini on peut également mentionner la mesure de l'âge des plus vieux objets observables, qui n'excède pas l'âge prédit.

[Raptil]

Merci beaucoup, c'est beaucoup plus clair maintenant

[A voir en vidéo sur Futura]