Expansion de l'univers

[invite9670a6f4]

Bonjours tout le monde, je me suis intéressé il y a quelque jours à l'expansion de l'univers et
Je me suis demandé à quelle vitesse l'univers s'agrandissait et je me suis dit que il pourrait y avoir un lien avec la matière noire et l'énergie noire car j'ai cru comprendre qu'il grandissait de façon exponentielle, ainsi au début du big bang la matière noire avait plus d'importance que l'énergie noire donc les galaxie ce sont forme à cause de la force gravitationnelle de cette matière etc... et ensuite petit à petit les espaces entre les galaxies ce sont agrandis à cause de cette énergie noire qui repoussent la matière. Donc comme ces espace entre la matière s'agrandit l'énergie noire prend une place plus importe et sa force grandit de façon exponentielle tout comme l'expansion de l'univers.

Je sais pas si j'ai été très clair, sinon j'aimerais bien que vous me maiclairciciez sur ce point que je trouve interresant et malheureusement au lycée, on aborde jamais tel sujet en physique
Merci
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[Deedee81]

Bonjour,

Bonjours tout le monde, je me suis intéressé il y a quelque jours à l'expansion de l'univers et
Je me suis demandé à quelle vitesse l'univers s'agrandissait

Tu as la valeur ici :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Hubble

et je me suis dit que il pourrait y avoir un lien avec la matière noire et l'énergie noire car j'ai cru comprendre qu'il grandissait de façon exponentielle, ainsi au début du big bang la matière noire avait plus d'importance que l'énergie noire donc les galaxie ce sont forme à cause de la force gravitationnelle de cette matière etc... et ensuite petit à petit les espaces entre les galaxies ce sont agrandis à cause de cette énergie noire qui repoussent la matière. Donc comme ces espace entre la matière s'agrandit l'énergie noire prend une place plus importe et sa force grandit de façon exponentielle tout comme l'expansion de l'univers.

Je sais pas si j'ai été très clair, sinon j'aimerais bien que vous me maiclairciciez sur ce point que je trouve interresant

C'est à peu près ça.

Tout d'abord, précisons un point. Nul besoin de la matière noire ou de l'énergie noire pour l'expansion. C'est une propriété de tout univers soumis aux lois de la gravitation. Ca se décrit fort bien avec la relativité générale mais ce phénomène serait également vrai en gravitation newtonienne. Déjà, à l'époque de Newton, ce problème avait été constaté : si on a un ensemble d'étoiles (ou de galaxies, mais à l'époque ils ne connaissaient pas les galaxies) statiques, immobiles l'une par rapport à l'autre, alors la situation est hautement instable. La moindre pichenette sur une étoile et ça finit soit par s'effondrer, soit par disperser les étoiles. Si on ajoute que l'univers est globalement homogène et isotrope (pas à petite échelle, mais à très grande échelle oui, il est remarquablement homogène à quelques dixièmes de pourcent près) alors on a soit un univers qui se dilate globalement, soit qui se contracte.

A l'époque, on pensait que les étoiles étaient fixes (même Einstein croyait au début à un univers statique, c'est Hubble qui a découvert que c'était faux grâce au télescope du Mont Wilson). Newton invoquait un équilibre "miraculeux, ajusté en permanence par le doigt de Dieu" !!!!!

Ensuite, la vitesse d'expansion dépend de la densité de matière. Si la densité est faible, il s'expanse vite et indéfiniment. Si sa densité est forte, il ralentit et finit par s'effondrer. Comme une pierre que tu jettes en l'air : assez fort, elle part dans l'espace, pas assez fort, elle ralentit et fini par retomber. La limite entre les deux est appelé densité critique.

On constante deux choses :
- les observations montrent qu'on est à peu près entre les deux régimes. L'univers doit avoir à peu de chose près la densité critique.
- la quantité de matière visible est nettement insuffisante pour atteindre la densité critique (*)

Là intervient la matière noire. Celle-ci fut découverte en observant le mouvement des galaxies dans le groupe local (ces galaxies ne s'éloignent pas, elles sont attirées l'une par l'autre et forment un système lié). Pour expliquer ce mouvement, il fallait invoquer une certaine quantité de matière non visible, qui fut nommée matière noire. La vitesse des étoiles dans notre galaxie donna exactement le même résultat. Et, miracle, cette quantité de matière noire correspond juste à ce qu'il faut pour combler le manque dans (*).

Les modèles numériques de formation des grandes structures montre que la matière noire est aussi indispensable pour former les structures que nous observons.

Ensuite vient l'énergie noire : l'expansion ne ralentit pas, elle accélère. On ignore pourquoi (doit bien y avoir une centaine de théorie là-dessus, toutes spéculatives. On n'a plus besoin de théories, il nous faut des données).
Mais on peut modéliser ça avec un terme connu de longue date dans les équations de la relativité générale appelé constante cosmologique. Il se fait que cette constante a les mêmes unités qu'une énergie. Donc on l'a appelé énergie noire.... mais en fait on ignore totalement si c'est vraiment une énergie !!!!

Les observations on montré que l'énergie noire n'existait pas pendant le premier tiers de l'existence de l'univers (il ralentissait) et puis a une valeur à peu près constante.
Il faudra énormément affiner les mesures d'ici dix à vingt ans pour essayer de comprendre la nature de ce foutu truc (au moins pour la matière noire, on a déjà pu éliminer un tas de possibilités et il ne reste plus que des particules exotiques stables et insensibles aux ondes électromagnétiques + peut-être un petit ingrédient supplémentaire du genre gravitation légèrement modifiée).

malheureusement au lycée, on aborde jamais tel sujet en physique

C'est assez normal. La cosmologie nécessite d'abord l'étude de presque tout le reste en physique. Donc, forcément, ça vient à la fin.
Ceci dit, c'est un chemin qu'on parcourt avec plaisir car la physique, c'est passionnant

[invite9670a6f4]

Tout d'abord, précisons un point. Nul besoin de la matière noire ou de l'énergie noire pour l'expansion. C'est une propriété de tout univers soumis aux lois de la gravitation. Ca se décrit fort bien avec la relativité générale mais ce phénomène serait également vrai en gravitation newtonienne. Déjà, à l'époque de Newton, ce problème avait été constaté : si on a un ensemble d'étoiles (ou de galaxies, mais à l'époque ils ne connaissaient pas les galaxies) statiques, immobiles l'une par rapport à l'autre, alors la situation est hautement instable. La moindre pichenette sur une étoile et ça finit soit par s'effondrer, soit par disperser les étoiles. Si on ajoute que l'univers est globalement homogène et isotrope (pas à petite échelle, mais à très grande échelle oui, il est remarquablement homogène à quelques dixièmes de pourcent près) alors on a soit un univers qui se dilate globalement, soit qui se contracte.

A l'époque, on pensait que les étoiles étaient fixes (même Einstein croyait au début à un univers statique, c'est Hubble qui a découvert que c'était faux grâce au télescope du Mont Wilson). Newton invoquait un équilibre "miraculeux, ajusté en permanence par le doigt de Dieu" !!!!!

Ensuite, la vitesse d'expansion dépend de la densité de matière. Si la densité est faible, il s'expanse vite et indéfiniment. Si sa densité est forte, il ralentit et finit par s'effondrer. Comme une pierre que tu jettes en l'air : assez fort, elle part dans l'espace, pas assez fort, elle ralentit et fini par retomber. La limite entre les deux est appelé densité critique.

On constante deux choses :
- les observations montrent qu'on est à peu près entre les deux régimes. L'univers doit avoir à peu de chose près la densité critique.
- la quantité de matière visible est nettement insuffisante pour atteindre la densité critique (*)

Là intervient la matière noire. Celle-ci fut découverte en observant le mouvement des galaxies dans le groupe local (ces galaxies ne s'éloignent pas, elles sont attirées l'une par l'autre et forment un système lié). Pour expliquer ce mouvement, il fallait invoquer une certaine quantité de matière non visible, qui fut nommée matière noire. La vitesse des étoiles dans notre galaxie donna exactement le même résultat. Et, miracle, cette quantité de matière noire correspond juste à ce qu'il faut pour combler le manque dans (*).

Les modèles numériques de formation des grandes structures montre que la matière noire est aussi indispensable pour former les structures que nous observons.

Ensuite vient l'énergie noire : l'expansion ne ralentit pas, elle accélère. On ignore pourquoi (doit bien y avoir une centaine de théorie là-dessus, toutes spéculatives. On n'a plus besoin de théories, il nous faut des données).
Mais on peut modéliser ça avec un terme connu de longue date dans les équations de la relativité générale appelé constante cosmologique. Il se fait que cette constante a les mêmes unités qu'une énergie. Donc on l'a appelé énergie noire.... mais en fait on ignore totalement si c'est vraiment une énergie !!!!

Les observations on montré que l'énergie noire n'existait pas pendant le premier tiers de l'existence de l'univers (il ralentissait) et puis a une valeur à peu près constante.
Il faudra énormément affiner les mesures d'ici dix à vingt ans pour essayer de comprendre la nature de ce foutu truc (au moins pour la matière noire, on a déjà pu éliminer un tas de possibilités et il ne reste plus que des particules exotiques stables et insensibles aux ondes électromagnétiques + peut-être un petit ingrédient supplémentaire du genre gravitation légèrement modifiée :

Donc oui effectivement, le grandissement de l'univers est bien plus compliqué et son expansion est due à d'autres facteurs que l'énergie noire et la matière noire ! Et donc au final on ne sait pas vraiment comme évolue cette univers avec précision, il pourrait donc très bien être une sorte de bague ou au final on ferait dès tour à l'infini et avec ces fameux trou de ver qui nous ferait passer d'un endroit à un autre de cette bague bien plus rapidement que si il fallait en faire le tour. C'est donc une question qui n'a toujours pas été résolu à 100%
Et j'ai cru comprendre que même avec l'accélérateur de particules que le CERN a, ils n'ont pas trouver la moindre existence et trace d'énergie noire donc il se pourrait qu'elle n'existe même pas

[Deedee81]

Salut,

C'est donc une question qui n'a toujours pas été résolu à 100%

Y aura toujours des trucs à chercher et à comprendre. Tant mieux.

Et j'ai cru comprendre que même avec l'accélérateur de particules que le CERN a, ils n'ont pas trouver la moindre existence et trace d'énergie noire donc il se pourrait qu'elle n'existe même pas

Attention, ce n'est pas l'énergie noire qu'ils cherchaient mais la matière noire. Et encore, sous forme de particules supersymétriques. Et seuls les modèles les plus simples ont été invalidés. Faudra encore un an ou deux amha pour se prononcer définitivement.

La matière noire pourrait être une tout autre sorte de particule exotique. Mais exister, elle existe. Du moins si c'est le nom que l'on donne à "écart entre les effets gravitationnels observés et les effets déduits de la matière visible".
Seule sa nature exacte reste encore mal comprise.
A lire : https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire et les liens en bas.
L'article en anglais est beaucoup plus complet.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9670a6f4]

Attention, ce n'est pas l'énergie noire qu'ils cherchaient mais la matière noire. Et encore, sous forme de particules supersymétriques. Et seuls les modèles les plus simples ont été invalidés. Faudra encore un an ou deux amha pour se prononcer définitivement.

Ok merci effectivement c'est un détail que je ne dois pas confondre

La matière noire pourrait être une tout autre sorte de particule exotique. Mais exister, elle existe. Du moins si c'est le nom que l'on donne à "écart entre les effets gravitationnels observés et les effets déduits de la matière visible".
Seule sa nature exacte reste encore mal comprise.

Je ne comprends pas qu'est ce que vous voulez dire dans particule exotique ?
Cela voudrait dire que la matière noire existe peut être mais pas pour le domaine dans le quel on pensait ?

[Nicophil]

Bonjour,

Mais exister, elle existe. Du moins si c'est le nom que l'on donne à "écart entre les effets gravitationnels observés et les effets déduits de la matière visible".
Seule sa nature exacte reste encore mal comprise.

Non, même sa nature est encore inconnue : on ne sait même pas si c'est de la matière !

[papy-alain]

Non, même sa nature est encore inconnue : on ne sait même pas si c'est de la matière !

Ben oui, c'est ce que Deedee confirme : on nomme "matière noire" un phénomène gravitationnel de nature inconnue.
Au départ, ce qui semble le plus probable est qu'il s'agisse de matière non baryonique, mais on ne pourra en être certain qu'après observation.

[Deedee81]

Salut,

Je ne comprends pas qu'est ce que vous voulez dire dans particule exotique ?

Le Modèle Standard de la physique des particules https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3..._particules%29
prévoir l'existence de toutes une série de particules : électrons, neutrinos, quarks,...
Ce modèle basé sur les symétries et la théorie quantique des champs est remarquable tant par son élégance que par son efficacité : la théorie quantique des champs est la théorie qui a été vérifiée avec le plus de précision de tous les temps (par exemple avec le moment magnétique anomal de l'électron, https://fr.wikipedia.org/wiki/Moment...xp.C3.A9rience la précision est même effrayante ) et toutes les particules ont été observées (la dernière étant le fameux Higgs).

Mais ce modèle est incomplet, on le sait, pour diverses raisons :
- l'interaction forte n'est pas unifiée à l'interaction électro-faible
- le modèle n'intègre pas la gravitation
- les développements perturbatifs ont une divergence asymptotique

On cherche donc des extensions à ce modèle. Et toutes ces extensions (symétries plus grandes, supersymétrie, champs supplémentaires,...) conduisent à une flopée de particules supplémentaires dont aucune n'a jamais été observée (cela peut être dû à des interactions très faibles ou à des masses extrêmement élevées). Certains de ces modèles sont assez plausibles (c'est le cas de la supersymétrie, là aussi pour plusieurs raisons : amélioration de la renormalisation, amélioration de la convergence des interactions à très haute énergie appelé problème de la hiérarchie, et les seuls symétries géométriques possibles et consistantes sont le groupe de Poincaré, les symétries discrètes et... la supersymétrie, son exclusion semblerait assez étrange......... ce qui n'est pas une preuve de sa validité, évidemment !).

Toutes ces particules prédites sont qualifiées généralement "d'exotiques". Certaines sont de bons candidats à la matière noire. Par exemple, si le neutralino (particule supersymétrique) ou le photino sont les particules supersymétriques les plus légères, alors elles sont stables. Et comme elle sont électriquement neutres, elle seraient fort difficiles à détecter et étant massives (bien que les plus légères de ces superpartenaires) difficiles à produire dans les accélérateurs.

Tout n'est pas encore joué mais je sens venir une percée dans les années à venir, l'intuition (il y a dix ans je n'aurais jamais dit ça)
(note que je ne me mouille pas, les années à venir ça pourrait être les cent années à venir , non, sans rire, disons d'ici une dizaine d'années au plus. Je parie une banane).

[invite9670a6f4]

Mais ce modèle est incomplet, on le sait, pour diverses raisons :
- l'interaction forte n'est pas unifiée Ã* l'interaction électro-faible
- les développements perturbatifs ont une divergence asymptotique

Je vais faire quelque recherche sur ces notions car je ne connais pas la signification de certain thème comme
- asymptotique
- interaction électro faible

Toutes ces particules prédites sont qualifiées généralement "d'exotiques". Certaines sont de bons candidats Ã* la matière noire. Par exemple, si le neutralino (particule supersymétrique) ou le photino sont les particules supersymétriques les plus légères, alors elles sont stables. Et comme elle sont électriquement neutres, elle seraient fort difficiles Ã* détecter et étant massives (bien que les plus légères de ces superpartenaires) difficiles Ã* produire dans les accélérateurs.

Donc si je comprends bien on ne connais absolument pas la nature n'ai les propriétés chimique ni la structure etc ... De cette " matière noire "

Tout n'est pas encore joué mais je sens venir une percée dans les années Ã* venir, l'intuition (il y a dix ans je n'aurais jamais dit ça)
(note que je ne me mouille pas, les années Ã* venir ça pourrait être les cent années Ã* venir , non, sans rire, disons d'ici une dizaine d'années au plus. Je parie une banane).

Ahaha j'espère en tout cas ça fera un grande découverte dans l'histoire de l'astrophysique ! Et parie tenu !



Cependant, on sait qu'une supposée matière noire existe mais est ce que nous avons la certitude que l'énergie noire existe ? Ou est ce seulement qu'une pure théorie du fait quon ai observé que l'univers grandissait de façon accéléré et qu'on ai traduit cela par une équation de la relative général de la constante cosmologique ?

[invite9670a6f4]

Excuser moi pour ce bug je ne sais pas ce qui c'est passer j'espère que vous comprendrez :/

[Lansberg]

Bonjour,

....mais est ce que nous avons la certitude que l'énergie noire existe ? Ou est ce seulement qu'une pure théorie du fait quon ai observé que l'univers grandissait de façon accéléré et qu'on ai traduit cela par une équation de la relative général de la constante cosmologique ?

L'observation des supernovae lointaines a conduit, en 1998, à la découverte de l'expansion accélérée de l'univers. Cela ne cadrait pas avec l'idée qu'on se faisait, à l'époque, de l'expansion. Celle-ci devait ralentir lentement au cours du temps sous l'effet de la gravitation.
Einstein au début du XXème siècle appliqua sa théorie de la relativité générale à l’étude de l’Univers dans son ensemble. A sa grande surprise, il constata que sa théorie conduisait à un Univers non statique mais en expansion ou en contraction. Or, la vision d’un Univers statique était partagée par tous à cette époque.

Einstein modifia donc légèrement les équations de la relativité générale en y introduisant un terme supplémentaire appelé constante cosmologique et noté Λ. Physiquement, ce terme s’interprétait comme une nouvelle force anti-gravitante. Einstein régla la constante de façon à ce que cette force de répulsion contrebalance exactement la gravitation (il admit plus tard que ce fut sa plus grande erreur). Il obtenait ainsi un Univers statique et invariable dans le temps. Hubble, peu de temps après, montra que l’Univers n’était pas statique mais en expansion et la constante cosmologique perdit sa raison d’être (sauf dans les modèles de Friedman-Lemaitre qui décrivent des univers avec ou sans constante cosmologiques).

La découverte de 1998 remit à l'honneur la constante cosmologique, et les observations des satellites WMAP et Planck ont permis de lui attribuer une valeur. L'énergie noire s'apparenterait donc à la constante cosmologique même si cela n’apporte guère de réponse quant à la nature physique de cette énergie.

[Amanuensis]

Cependant, on sait qu'une supposée matière noire existe mais est ce que nous avons la certitude que l'énergie noire existe ? Ou est ce seulement qu'une pure théorie du fait quon ai observé que l'univers grandissait de façon accéléré et qu'on ai traduit cela par une équation de la relative général de la constante cosmologique ?

Le second, il me semble.

[xxxxxxxx]

Bonjour,







Tout d'abord, précisons un point. Nul besoin de la matière noire ou de l'énergie noire pour l'expansion. C'est une propriété de tout univers soumis aux lois de la gravitation. Ca se décrit fort bien avec la relativité générale mais ce phénomène serait également vrai en gravitation newtonienne. Déjà, à l'époque de Newton, ce problème avait été constaté : si on a un ensemble d'étoiles (ou de galaxies, mais à l'époque ils ne connaissaient pas les galaxies) statiques, immobiles l'une par rapport à l'autre, alors la situation est hautement instable. La moindre pichenette sur une étoile et ça finit soit par s'effondrer, soit par disperser les étoiles. Si on ajoute que l'univers est globalement homogène et isotrope (pas à petite échelle, mais à très grande échelle oui, il est remarquablement homogène à quelques dixièmes de pourcent près) alors on a soit un univers qui se dilate globalement, soit qui se contracte.

A l'époque, on pensait que les étoiles étaient fixes (même Einstein croyait au début à un univers statique, c'est Hubble qui a découvert que c'était faux grâce au télescope du Mont Wilson). Newton invoquait un équilibre "miraculeux, ajusté en permanence par le doigt de Dieu" !!!!!

Ensuite, la vitesse d'expansion dépend de la densité de matière. Si la densité est faible, il s'expanse vite et indéfiniment. Si sa densité est forte, il ralentit et finit par s'effondrer. Comme une pierre que tu jettes en l'air : assez fort, elle part dans l'espace, pas assez fort, elle ralentit et fini par retomber. La limite entre les deux est appelé densité critique.

On constante deux choses :
- les observations montrent qu'on est à peu près entre les deux régimes. L'univers doit avoir à peu de chose près la densité critique.
- la quantité de matière visible est nettement insuffisante pour atteindre la densité critique (*)

Là intervient la matière noire. Celle-ci fut découverte en observant le mouvement des galaxies dans le groupe local (ces galaxies ne s'éloignent pas, elles sont attirées l'une par l'autre et forment un système lié). Pour expliquer ce mouvement, il fallait invoquer une certaine quantité de matière non visible, qui fut nommée matière noire. La vitesse des étoiles dans notre galaxie donna exactement le même résultat. Et, miracle, cette quantité de matière noire correspond juste à ce qu'il faut pour combler le manque dans (*).

Les modèles numériques de formation des grandes structures montre que la matière noire est aussi indispensable pour former les structures que nous observons.

Ensuite vient l'énergie noire : l'expansion ne ralentit pas, elle accélère. On ignore pourquoi (doit bien y avoir une centaine de théorie là-dessus, toutes spéculatives. On n'a plus besoin de théories, il nous faut des données).
Mais on peut modéliser ça avec un terme connu de longue date dans les équations de la relativité générale appelé constante cosmologique. Il se fait que cette constante a les mêmes unités qu'une énergie. Donc on l'a appelé énergie noire.... mais en fait on ignore totalement si c'est vraiment une énergie !!!!

Les observations on montré que l'énergie noire n'existait pas pendant le premier tiers de l'existence de l'univers (il ralentissait) et puis a une valeur à peu près constante.
Il faudra énormément affiner les mesures d'ici dix à vingt ans pour essayer de comprendre la nature de ce foutu truc (au moins pour la matière noire, on a déjà pu éliminer un tas de possibilités et il ne reste plus que des particules exotiques stables et insensibles aux ondes électromagnétiques + peut-être un petit ingrédient supplémentaire du genre gravitation légèrement modifiée).

Bonjour deedee

à te lire on pourrait mal interpréter et comprendre que matière ordinaire + matière noire suffisent à donner la densité critique.

il n'en est rien : il faut ajouter l'énergie noire. autre précision on l'appelle énergie noire parce qu'elle a, dans les équations actuelles de la RG, la dimension d'une énergie... même si ça peut comme tu le dis être autre chose.

cordialement

[feedblack]

En fait Einstein est encore vraiment extraordinaire, car ce qu'il a considéré comme "la plus grosse erreur de sa carrière" c'est-à-dire l'introduction de la constante cosmologique, retrouve, depuis la fin du 20ème siècle et la découverte d'une expansion accélérée de l'Univers, toute sa légitimité, et, de plus doit être considérée comme le plus grand mystère actuel, cette valeur de l'énergie du vide cosmologique (10 exp -13 J/cm3), car comparée à l'énergie du vide quantique (10 exp 107 J/cm3), cela parait avec cette différence ahurissante complètement inconciliable théorie RG et théorie quantique...