expansion de l'univers et matière

[invite6bfdf32a]

Bonjour à tous.

J'ai une question sur le phénomène d'expansion universelle: j'ai compris que le tissu espace-temps se dilatait, faisant s'éloigner les objets d'autant plus qu'ils sont éloignés.

Et j'ai compris que ce phénomène ne contrecarre pas la relativité.

Pourtant je me pose un question: si l'on arrivait à reproduire ce phénomène de manière plus prononcée sur une région de l'espace localisée.

Admettons que nous ayons compris et maitrisé la "force" qui régit cette expansion.

Admettons qu'on soit capable de l'appliquer de manière beaucoup plus forte sur un petit espace contenant un objet: alors est-ce qu'on observerait un phénomène de dilatation du même objet? A une échelle moléculaire, atomique, ou sub-atomique? Au moins une de ces trois échelles? Et sinon, pourquoi ce phénomène se confine uniquement au tissus espace-temps?

Merci de vos réponse!
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[Deedee81]

Salut,

Admettons que nous ayons compris et maitrisé la "force" qui régit cette expansion.

Ce n'est pas vraiment une force. C'est plutôt comme un caillou qui est lancé en l'air et continue sur sa lancée (qui ralentit et qui finit par retomber ou s'échapper à l'infini).
(sauf qu'avec l'univers, on ne sait pas comment le caillou a été lancé ).

Si ce n'est qu'on observe une accélération de l'expansion(appelée "énergie noire") dont on ignore tout à fait la nature et qui semble agir comme une force répulsive.

est-ce qu'on observerait un phénomène de dilatation du même objet? A une échelle moléculaire, atomique, ou sub-atomique?

A vrai dire, impossible de répondre. On ignore la nature de cette énergie noire. A supposer qu'on puisse la maîtriser, impossible de dire quels effets elle pourrait avoir à petite échelle.

[invite75a796c1]

Salut

Admettons qu'on soit capable de l'appliquer de manière beaucoup plus forte sur un petit espace contenant un objet: alors est-ce qu'on observerait un phénomène de dilatation du même objet? A une échelle moléculaire, atomique, ou sub-atomique? Au moins une de ces trois échelles? Et sinon, pourquoi ce phénomène se confine uniquement au tissus espace-temps?

Cela revient à se demander si les dimensions des objets n'étaient pas plus petites dans les premiers temps de l'univers avec un joker sur leurs masses. Après tout l'énergie noire pourrait se perdre en partie dans l'engraissage de la matière.

Ce dernier point a été écarté par wMap/Planck après l'analyse de la cohérence des spectres des objets lointains par une théorie conservatrice et l'hypothèse acceptée de l'expansion de l'espace seul.

Pour les dimensions, c'est plus compliqué. L'équilibre interne d'une particule composite comme le proton résulte d'un équilibre fin entre l'EM et l'intéraction forte qui dépendent des distances. On peut raisonnablement penser que les distances sont corrigées, comme pour une galaxie dans un univers en expansion. Les tailles des atomes, molécules, etc, pour les mêmes raisons, dépendent peu de celles de leurs constituants élémentaires.

Pour une particule élémentaire, c'est plus difficile de trancher dans le Modèle Standard. Il faudrait l'avis d'un expert et/ou creuser du côté de Planck qui a tenté de répondre à toutes sortes de questions de ce genre. Les calculs sur la "recombinaison" cosmologique, notamment ceux de sa durée, sont basés sur des sections efficaces identiques aux actuelles. Plus faibles , même d'un facteur très supérieur à 1/1100, cela raccourcirait considérablement les fameux 380.000 ans.

[invite6bfdf32a]

Si l'expansion de l'univers est un phénomène de dilatation des géométries du tissu espace-temps, alors comment se comporte cette dilatation au voisinage d'un objet massique????

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Si l'expansion de l'univers est un phénomène de dilatation des géométries du tissu espace-temps, alors comment se comporte cette dilatation au voisinage d'un objet massique????

L'expansion étant proportionnelle à la distance, au voisinage d'un objet massif l'expansion de l'espace-temps est infime et sans effet (car les objets proches sont liés par la gravitation.... ou d'autres forces).

[invite6bfdf32a]

D'accord.

Maintenant imaginons qu'on découvre la force qui est derrière l'Expansion.

Si on l'applique au voisinage d'un trou noir, de manière plus intensive, alors, on devrait arriver à étirer ce trou noir, puisqu'il se définit principalement par une déformation de l'espace-temps (puits gravitationnel sans fond)

Donc pour moi, la géométrie espace-temps au voisinage d'un trou noir devrait pouvoir se dilater.

Ou pas?

[invite75a796c1]

Là, ça devient trop spéculatif ! On ne sait pas ce que c'est , ni comment l'injecter dans une zone ...

Cependant, certains proposent que cela peut survenir "spontanément" ( concepts de multivers et source blanche 4+1D de l'institut Perimeter ) sans se hasarder à théoriser sérieusement les détails.

[Deedee81]

Bonjour,

Maintenant imaginons qu'on découvre la force qui est derrière l'Expansion.
Si on l'applique au voisinage d'un trou noir, de manière plus intensive, alors, on devrait arriver à étirer ce trou noir, puisqu'il se définit principalement par une déformation de l'espace-temps (puits gravitationnel sans fond)

En principe non. Du moins si la relativité générale est correcte (sinon ça devient de la spéculation purement gratuite comme le fait remarquer mike.p, de la science fiction, car on n'a pas grand chose d'autre à se mettre sous la dent). Même avec énergie noire (= force expliquant l'accélération de l'expansion, j'insiste sur l'accélération car pour l'expansion proprement dite il n'y a pas de force tout bête parce qu'il n'y en a pas besoin. Quand tu jettes une pierre en l'air, une fois lancée, plus besoin de force pour qu'elle continue à s'éloigner).

Et pour cause : l'intérieur d'un trou noir est causalement coupé de notre univers. Pour le dire de manière imagée : il n'est pas ni dans notre espace ni à notre époque. L'intérieur d'un trou noir et l'extérieur c'est comme deux romans parlant de choses différentes et n'ayant rien à voir entre eux).

Donc, comment étirer quelque chose qui n'est même pas là.

Notons que la sphéricité d'un trou noir est un théorème (Birkhoff si je ne me trompe). Pour les TN non stationnaire (par exemple lors d'une fusion) c'est plus compliqué et l'horizon peut être déformé mais quelle que soit sa déformation, son volume de diminue jamais. Ca aussi c'est un théorème. Pour celui qui est intéressé on trouve une description plutôt agréable à lire dans le livre de Wald "thermodynamique des trous noirs". Le trou noir ne peut que grandir.

Donc pour moi

La science n'est pas affaire d'opinion (enfin, dans la mesure du possible ) mais d'expériences, d'observations et d'équations.

[invite6bfdf32a]

On a quand même le droit d'exprimer son ressenti, et d'émettre des hypothèses, voire même (je suis à la limite du blasphème...) soumettre une expérience de pensée?

[Deedee81]

Salut,

On a quand même le droit d'exprimer son ressenti,

Oui, d'ailleurs j'ai bien précisé, "dans la mesure du possible"

Combien de fois j'ai moi-même exprimé mon opinion sur un sujet, je ne compte plus, en précisant toujours "ceci ne reflète que mon opinion personnelle" ou "c'est une question de goût" voire "cet avis est partagé par les scientifiques mais n'est pas majoritaire". Pour rester proche du sujet, c'est justement le cas pour le "pré big bang" quand je parle du modèle (issu des boucles) avec pré big bang chaotique et espace-temps émergeant qui n'est pas le plus étudié (même chez les bouclistes).

J'aime bien juste être clair (enfin, quand j'y arrive )

et d'émettre des hypothèses, voire même (je suis à la limite du blasphème...) soumettre une expérience de pensée?

Oui, une expérience de pensée est parfois intéressante. En se rappelant toujours qu'une expérience de pensée n'est pas une vraie expérience mais une "mise en image de la théorie". Donc, son analyse (qui peut être discutée ici) fait appel aux théories connues. C'est quelque chose de courant dans les forums de physique. Et éventuellement si des expériences (réelles cette fois) ont déjà eut lieu donnant ce genre de résultat, cela peut être indiqué et comparé.

[invite6bfdf32a]

Bon enfin en tout cas merci pour ces réponses, j'y vois plus clair maintenant.
Expansion= phénomène primordial obervé, mais dont le coeur est encore un mystère (énergie noire?)

Ce qui est fort c'est qu'on sait que l'univers est en expansion, sans en connaître la forme générale, ou la topologie pour être plus précis

Mais si l'univers est infini, alors il devrait exister au moins deux points dont les vitesses de fuite sont ... infinies? non???

[Deedee81]

Expansion= phénomène primordial obervé, mais dont le coeur est encore un mystère (énergie noire?)

Attention, l'expansion n'a rien de mystérieuse. C'est une conséquence inévitable de la gravitation et expliqué par la relativité générale (*).
"L'énergie noire" c'est pour l'accélération (constatée) de l'expansion. Et ça, ça reste un mystère.

(*) En fait, c'est déjà vrai en gravité newtonienne. Et Newton lui-même avait remarqué le problème.
Si on place des étoiles (dans un univers classique infini) de manière à ce que la gravité s'équilibre, alors il suffit d'une infime perturbation pour que des parties s'effondrent ou entrent en expansion. C'est instable.
C'est logique : plus les étoiles se rapprochent et plus elles s'attirent accentuant encore le déséquilibre. Ca s'emballe.
Newton parlait du "doigt de Dieu" équilibrant les étoiles !!!!
Ajoutons à cela le principe cosmologique (l'univers partout le même, au moins en moyenne, comme le montre l'observation) et les équations donnent naturellement un univers partout en expansion OU en contraction.

Einstein a commis la bourde. Il pensait que l'univers était statique. Il a ajouté un terme a ses équations (la constante cosmologique, équivalent à "énergie répulsive", devenue la fameuse énergie noire) afin d'obtenir une solution statique.
C'est Georges Lemaître qui a remarqué que cette solution était instable !!!! Il l'a fait remarquer à Einstein. Juste après Hubble observait l'expansion !
Einstein a dit "ce fut la plus grande erreur de ma vie". Il a raté une prédiction extraordinaire.
Notons qu'on relativise (sic) un peu les choses maintenant : le terme ajouté, la constante cosmologique, n'a rien d'hérétique car ce terme est naturel. En l'ajoutant, l'équation d'Einstein prend la forme la plus générale possible (en respectant certaines contraintes comme la limite newtonienne). Et ce terme s'est avéré utile pour modéliser l'énergie noire.... bien qu'on ait aucune certitude que ce soit la bonne façon de faire !!!!

L'histoire est souvent pleine de revirements passionnant. C'est pour ça que j'aime l'histoire des science (même si je préfère ouvrir un livre expliquant la relativité générale en termes modernes, en particulier avec les notations mathématiques de Cartan. L'histoire des sciences c'est juste la cerise sur le gros gâteau).

Ce qui est fort c'est qu'on sait que l'univers est en expansion, sans en connaître la forme générale, ou la topologie pour être plus précis

Nous sommes des myopes plantés dans un vaste univers

Mais si l'univers est infini, alors il devrait exister au moins deux points dont les vitesses de fuite sont ... infinies? non???

il faudrait prendre des points à l'infini ! Disons plutôt que la vitesse de fuite relative n'est pas bornée dans ce cas. Ce n'est pas une hérésie. La vitesse limite "c", en relativité générale, n'est valide que localement (dans le voisinage de tout point). La relativité générale avec ses espaces-temps courbe complique tout.

[invite75a796c1]

Salut,

Un truc que je n'ai pas compris du tout : peux tu dire stp depuis quand la courbure de l'univers est nulle, comme mesurée par Planck ?

Il y a forcément 2 situations différentes avant et après le début de l'expansion accélérée ; on ne peut avoir toujours la même courbure nulle. Cela pourrait laisser supposer que nous vivons à une période particulière, celle où la courbure a une valeur quasi nulle, ce qui est remarquable et peu copernicien ...

[Deedee81]

Salut,

Un truc que je n'ai pas compris du tout : peux tu dire stp depuis quand la courbure de l'univers est nulle, comme mesurée par Planck ?

Je ne sais pas comment ils ont fait. On doit pouvoir trouver des infos facilement sur le net. Un petit coup de google m'a donné des articles Futura par exemple et il doit y avoir des liens vers des articles plus détaillés.

[Gilgamesh]

Sinon, si "depuis quand" c'est à quelle moment dans l'histoire de l'univers, la réponse est : après l'inflation.

[invite6bfdf32a]

Je ne comprends pas: on peut avoir un univers infini, et être dans l'incapacité à tirer 2 points au hasard? Je ne sais même pas si ma question a un sens...?

[Deedee81]

Salut,

Je ne comprends pas: on peut avoir un univers infini, et être dans l'incapacité à tirer 2 points au hasard? Je ne sais même pas si ma question a un sens...?

Ben si on peut tirer deux points au hasard. Pourquoi demandes-tu cela ?

(évidemment, bon vieux piège mathématique, pour un ensemble infini, impossible d'avoir une probabilité uniforme, mais on peut utiliser une distribution gaussienne par exemple).

[invite6bfdf32a]

Je demande ça parceque si on peut tirer deux point au hasard dans un univers infini, alors il existe un tirage dont la distance entre les deux points est infinie.

Et ça me perturbe.

C'est tout.

[grandcurieux]

Bonsoir,

Pour en revenir à l'expansion de l'univers, est-elle homogène, à savoir en accélération en tout point de façon identique ?

[invite75a796c1]

@Deedee : je n'ai rien trouvé sous le label Modèle Standard. Les articles font le plus souvent référence à de nouvelles publications. Planck avait publié sur son site des projections mais elles n'y sont plus.

Sinon, si "depuis quand" c'est à quelle moment dans l'histoire de l'univers, la réponse est : après l'inflation.

oui, de la même façon qu'on a situé le moment où l'expansion avait commencé à changer d'allure.

Donc l'univers est plat depuis la fin de l'inflation. Mais quel a été l'effet de l'augmentation de l'expansion sur la courbure qui est pile nulle "maintenant" ?

On pourrait déduire le total d'EN de l'univers observé plat, de la quantité de matière observée qui est fixe et connue, de la densité d'énergie noire qui est constante et de la constante de Hubble. Mais est ce vraiment satisfaisant ? En la calculant ainsi, "énergie noire" n'est qu'un nom attribué à l'écart entre la théorie et les observations sans vraiment en montrer la réalité physique.

C'est surement un cheminement faux, d'où la question.
Merci.

[pm42]

Je demande ça parceque si on peut tirer deux point au hasard dans un univers infini, alors il existe un tirage dont la distance entre les deux points est infinie.

Et ça me perturbe.

Ca ne devrait pas parce que c'est faux.

[invite995b4666]

Bonjour à tous, l' infini est une notion théorique et mathématique et ne peut être appliqué
au réel...non ? comment imaginer une chose qui ne finie jamais ?

[Gilgamesh]

Donc l'univers est plat depuis la fin de l'inflation. Mais quel a été l'effet de l'augmentation de l'expansion sur la courbure qui est pile nulle "maintenant" ?

De le rendre encore plus plat...

On pourrait déduire le total d'EN de l'univers observé plat, de la quantité de matière observée qui est fixe et connue, de la densité d'énergie noire qui est constante et de la constante de Hubble. Mais est ce vraiment satisfaisant ? En la calculant ainsi, "énergie noire" n'est qu'un nom attribué à l'écart entre la théorie et les observations sans vraiment en montrer la réalité physique.

La courbure s'exprime comme k/a² avec k le nombre de courbure (de valeur entière -1, 0 ou +1) et a le facteur d'échelle de l'univers (sa "taille").

Si k=0 alors la courbure est nulle quelque que soit la facteur d'échelle. Mais c'est une valeur très particulière, donc quelque part suspecte. On préfère penser que k est non nul mais que a est très grand, du fait de l'inflation. L'expansion qui vient ensuite ne fait que continuer le travail : a devient de plus en plus grand, et la courbure de moins en moins facile à mettre en évidence, ce qui revient à prendre en pratique une valeur nulle pour la courbure (ce qui simplifie pas mal les équations de la cosmologie).

[invite6bfdf32a]

Ca ne devrait pas parce que c'est faux.

Vous pouvez développer SVP?

[Deedee81]

Salut,

Vous pouvez développer SVP?

La distance entre deux points quelconque est toujours finie. Même dans un espace infini. Donc, si on tire au hasard deux points, ils seront toujours à distance finie.
Eventuellement, en fonction de la loi de probabilité utilisée, ils pourront être très loin et la distance maximale possible non bornée (*).
Mais dans un tirage donné, cette distance sera toujours finie.

(*) Même la moyenne des distances peut diverger.

[invite75a796c1]

Bonne idée de revenir à la définition de la courbure spatiale.

La page wiki de la courbure dit

La courbure spatiale de l'univers est déterminée en analysant les anisotropies du fond diffus cosmologique.

Il me reste à retrouver chez Planck comment on a mesuré cette énergie à ~70%.

merci Gilgamesh.

[invite6bfdf32a]

Salut,



La distance entre deux points quelconque est toujours finie. Même dans un espace infini. Donc, si on tire au hasard deux points, ils seront toujours à distance finie.
Eventuellement, en fonction de la loi de probabilité utilisée, ils pourront être très loin et la distance maximale possible non bornée (*).
Mais dans un tirage donné, cette distance sera toujours finie.

(*) Même la moyenne des distances peut diverger.

Non désolé ça ne passe pas.

Pour moi parler d'univers infini est une absurdité totale. Ca revient à dire qu'un MAX ne peut exister.

En math oui!
Mais dans le réel????

[Gilgamesh]

Non désolé ça ne passe pas.

Pour moi parler d'univers infini est une absurdité totale. Ca revient à dire qu'un MAX ne peut exister.

En math oui!
Mais dans le réel????

Oui, on est d'accord que l'idée d'un infini actuel, selon les termes d'Aristote, est intellectuellement scandaleux. La physique ne fait pas d'affirmation aussi forte, même si l'infini fait partie des outils conceptuels qu'elle emploie couramment.

[Deedee81]

En fait, je ne fais pas de distinction entre infini potentiel et actuel. C'est surtout une question philosophique (enfin, presque, on peut difficilement parler de cardinal transfini sans infini actuel).

Ca n'a guère d'importance en physique.

Non désolé ça ne passe pas.
Pour moi parler d'univers infini est une absurdité totale. Ca revient à dire qu'un MAX ne peut exister.
En math oui!
Mais dans le réel????

Si c'est ça qui te pose problème, je peux le comprendre. Tu n'es pas le seul. Et si ma mémoire est bonne, Einstein lui-même privilégiait les solutions finies avec la RG.

Et je n'aime pas trop non plus les solutions infinies. Mais je suis aussi capable de faire la distinction entre mes goûts et la physique. Dans tous les aspects spéculatifs (qui touchent presque tous la cosmologie d'ailleurs) j'ai mes modèles préférés.... tout en sachant que je peux avoir tort. Même si certains modèles peuvent me hérisser totalement, j'accepte le verdict de l'expérience sans rechigner. (*)

Ainsi, les modèles infinis sont une possibilité (que je ne faisais qu'expliquer) que je n'aime pas mais que je ne peux pas réfuter (et je ne sais pas si on sera capable de le faire un jour). Donc, j'accepte la possibilité même si je préfère plancher sur d'autres modèles.

(*) Exemple, je déteste la théorie des cordes et j'aime beaucoup la gravité quantique à boucles. Les dernières mesures sur les gamma ray burst jettent une sacrée suspicion sur les boucles. Hé bien, soit, si elle tombe à l'eau, je le regretterai mais je l'accepterai.

[invite6bfdf32a]

Quoiqu'il en soit, je trouve les sujets de cosmologie passionnants, même si pour le commun des mortels comme moi, j'avoue être vite dépassé...

En vérité je trouve beaucoup de choses absurdes, comme parler de l'instant zéro alors qu'on ne sait même pas si le temps fut créé à partir de ce "point".

Encore pire, le concept de causalité avait-il un sens à "l'instant zéro"?

Si la plus petite unité de temps mesurable est tP=10 exp -43s, alors entre t0 et t0+tP, on ne peut rien mesurer. Et pourtant ce laps de temps a bien existé.

Peut-on dire que l'univers primordiale était confiné et contenait un nombre fini d'éléments? Si la réponse est oui, comment a t-il pu déboucher sur un univers illimité contenant une infinité d'objets?