Si je comprend bien, on distingue la densité du vide de la densité de la matière ?
J'aurais pensé que la densité du vide était un concept indépendant du contenu de l'espace, donc commun au fait qu'il y ait de la matière ou "du vide".
D'ailleurs, si on fait le vide poussé à l'extrème, des particules virtuelles (de la matière donc) apparaissent de ce vide avec éventuellement une concrétisation sous forme de matière tangible (sous certaines conditions évidement).
Oui. En tout cas quand on identifie la constante cosmologique à la densité du vide dans l'équation d'Einstein, c'est bien ça, puisqu'on prend une densité uniforme dans l'espace et constante dans le temps.Envoyé par LeMulet
Ceci dit, quand on s'intéresse aux solutions cosmologiques de cette équation, on fait la même chose pour la densité de matière, en considérant qu'aux grandes échelles, celle-ci est uniforme dans l'espace.
Mais il faut bien distinguer ces deux densités, puisque, d'une part elles n'ont pas le même rôle (pression négative dans le cas de la densité du vide), d'autre part, l'une est traitée comme constante et l'autre (la densité de matière) évolue avec le temps.
PS : de mon point de vue, le fait de considérer que la constante cosmologique représente la densité du vide (au signe près, suivant qu'on la place dans le membre de gauche de l'équation ou dans celui de droite) ou de parler d'énergie sombre en l'identifiant à l'énergie du vide n'est qu'une spéculation, tant qu'on ne dispose pas d'une théorie permettant de calculer effectivement la densité du vide et de démontrer que sa valeur absolue est bien égale à celle de la constante cosmologique, déduite de l'ensemble des observations citées par Gilgamesh, en concordance avec le modèle LambdaCDM.
C'est le cas, non? Dans l'équation de champs, la densité de matière s'ajoute à la densité du vide. Soit c'est bien une addition (et cette "densité" est indépendante de la présence de la matière), soit on néglige de soustraire de "l'énergie du vide" le volume occupé par la "matière". (Comment définir et donc évaluer ce volume???)
Quand on met la constante cosmologique côté termes de courbure, c'est clairement le premier cas.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Je pense que la discussion sera plus claire en reprécisant les rapports ontologiques qu'entretiennent la matière et le vide. L'un n'est pas l'opposé de l'autre. La matière peut se décrire comme un état excité du vide, une forme de vide. Ou le vide comme l'état le moins énergétique de la matière, une forme de matière. L'idée sous-jacente est que la "substance" du monde est formée de champs quantiques. Quantique signifie que les niveaux d'énergie des champs sont quantifiés. Et le quantum d'énergie, c'est la particule.
Si on prend un photon, le quantum d'énergie est E = hv avec h la cte de Planck et v (nu) la fréquence. Donc l'état du champs dans un volume donné est nhv avec n le nombre de particules. Sauf que, par exactement : la mécanique quantique nous dit qu'il faut corriger ça d'un chouia. En fait E(n) = hv(n + 1/2). Le facteur 1/2 signifie que lorsque n=0 (le volume est vide) l'énergie ne l'est pas. Si on en reste sur l'explication à base de particule, c'est comme si le vide contenait une fraction de particule... De fait on décrit le vide comme le lieu de création et d’annihilation continuelle de particules virtuelles. Et c'est ça qui donne naissance au concept de l'énergie du vide, ou énergie de point zéro.
C'est en anglais mais je conseille quand meme cette page : Vacuum Energy Density, or How Can Nothing Weigh Something?
edit : je rajoute celle ci, tjs en anglais What's the Energy Density of the Vacuum?
Dernière modification par Gilgamesh ; 30/10/2016 à 23h48.
Parcours Etranges
Merci pour ces réponses, qui me permettent d'y voir un peu plus clair.
Là par contre, et curieusement, la réponse à cette question parait logiquement évidente.
Le volume est connu lorsqu'on sait comment la matière se forme.
Reste à savoir comment elle se forme.
Donc içi, si je comprend bien, il s'agit de physique quantique.
La production des particules virtuelles n'est pas modélisée en terme de physique relativiste.
La courbure de l'espace n'entre pas en ligne de compte à ce niveau.
Et içi, il est question de courbure, d'equations de Friedman etc, donc de relativité.
A priori, ces deux conceptions semblent incompatibles.
La catastrophe du vide s'explique, si je comprend bien, par le fait que la création de la matière n'est pas expliquée selon un modèle relativiste.
Un autre point vue, et c'est juste un avis, serait que les deux théories, relativistes et quantiques, ne reposent pas sur un même principe.
Ce principe, doit rendre compte, et de la création de la matière, et de la courbure de l'espace (dit plus simplement, la gravité).
Quel pourrait-être ce principe ?
La liaison des deux se fait via le tenseur énergie-impulsion. La relativité générale relie le tenseur de courbure (qui décrit la géométrie du contenant, l'espace temps) au tenseur énergie-impulsion (qui décrit le contenu : matière, rayonnement... et vide).
Pour un univers remplit d'un fluide homogène et isotrope (ça forme ce qu'on appelle l'hypothèse cosmologique), l'effet du tenseur énergie impulsion sur l'expansion de la métrique de l'espace temps se résume à deux termes :
ρ + 3P
où ρ est la densité d'énergie et P la pression. Le nombre 3 provient du nombre de dimensions spatiales.
La densité d'énergie et la pression peuvent être reliés par un facteur, qu'on note usuellement w.
P = wρ
En cosmologie on considère trois fluides :
- la matière (la composante non relativiste de l'univers : étoiles, gaz, matière noire...). La pression de cette composante est négligeable,
P=0, donc w = 0.
- le rayonnement (la composante relativiste : photon).
P = 1/3 ρ donc w=1/3
- la constante cosmologique.
P = -ρ donc w=-1
Le vide a une pression négative. C'est physiquement tout à fait étrange et inédit. Sur ce point précis, matière et vide s'opposent diamétralement. A faible densité, pour la matière on vient de dire que w=0 mais dans les environnements denses, autours de nous, au centre de la Terre, du Soleil ou d'une étoile à neutrons, il est clair que la matière engendre une pression qui ne peut être que positive, w>0.
Un univers dominé par l'énergie du vide, comme c'est le cas de l'univers actuel, la quantité ρ + 3P est négative. Cela se traduit par une action antigravitaire du vide, qui engendre une expansion spontanée. Ça c'est très intéressant. Car dans la théorie du Big Bang, aucun fluide n'est capable de causer l'expansion. Tous ne font que la ralentir. Et donc dans une théorie classique, si l'univers est en expansion au temps t, c'est qu'il l'était au temps t-1. Avec l'intervention d'un fluide de densité négative, on explique l'origine de l'expansion. Bien sur, le vide à se densité actuelle va engendrer un taux d'expansion très modeste, alors qu'on sait qu'il était très élevé aux origines. Mais on a justement besoin d'une phase d'inflation originelle qui pourrait s'expliquer par une niveau d'énergie du vide très élevé. Précisément du même ordre que celui prédit par la théorie quantique des champs... D'où l'idée que le calcul "naïf" n'est pas si dépourvu de sens qu'il en a l'air. Cela pourrait correspondre à l'état originel du vide, qui aurait brutalement changé d'état, engendrant notre Big Bang au taux d'expansion désormais ralentit par l'apparition de matière et de rayonnement.
Dernière modification par Gilgamesh ; 05/11/2016 à 23h38.
Parcours Etranges
Bonsoir Gilgamesh
Pourrais tu donner quelques sources sur cette hypothèse, s'il te plait ? (y compris en anglais au besoin , google traduction marche de mieux en mieux)
Merci d'avance
Dernière modification par xxxxxxxx ; 31/10/2016 à 00h30.
D'accord, et c'est très intéressant et je vois plus clairement ce que vous appelez "relié".
Néanmoins, lorsque je parle pour ma part de la connaissance que nous avons de l'apparition de la matière, je ne parle pas seulement de la description que nous pouvons faire à partir des particules ("toutes faites"), par exemple en terme de diagramme de Feynman. (Je situe le principe permettant de "relier" les deux modélisations un cran en dessous en quelque-sorte.)
Le tenseur énergie-impulsion ne fournit pas le mécanisme de la création des particules (il me semble), il le décrit.
La question est donc ici (pour ce que j'en comprend) toujours de savoir quel principe permettrait de relier la courbure et la création des particules.
Justement, à ce sujet j'aurais aimé vous proposer un hypothèse, pour voir si elle est défendable.
Si la gravité observée est en relation avec l'expansion et l'inertie, alors la gravité ne pourrait-elle pas être simplement un effet de l'expansion qui se manifesterait à toute échelle reliée à l'inertie des objets "massiques" ?
Le principe ici (et que je ne détaille pas pour le moment dans le cadre de la création des particules, bien qu'il me semble explicatif également à ce niveau) ce serait que tout point de l'espace subirait une expansion à la vitesse C.
Or à mesure que les particules se créent, ils aquierent de la masse ou plus généralement de l'inertie.
Ce faisant, la vitesse de leur expansion diminue (du fait de l'inertie).
Lorsque nous avons affaire à des objets physiques de la taille de l'atome, et à plus forte raison de corps plus massiques, l'expansion du corps massique produit une expansion proportionelle au nombre de nucléons.
Or l'inertie des éléments composant le corps est également proportionelle au nombre de nucléons ce qui les empeche de "fuir" à la vitesse C.
La caractéristique d'un corps macroscopique est qu'il y a toujours plus d'élements le composant à l'intérieur de celui-ci qu'à sa surface.(On remarque la sphère est par ailleurs la forme "idéale", mais c'est un point détail pour ce qui concerne le raisonnement içi).
Si un autre corps macroscopique, qui se comporte donc de la même manière que le premier, se trouve à proximité du premier, le "gonflement" lié à l'expansion des deux corps peut donner l'illusion d'une force attractive entre ces deux corps (la gravité).
Alors qu'icii si on le comprend bien, la gravité correspond à l'inertie des deux corps alors qu'ils sont en expansion (le "gonflement").
Il n'y aurait pas de gravité, mais seulement une expansion (selon le principe énoncé), la "gravité" telle qu'elle est observée n'étant pas ici une force attractive mais un effet de l'expansion relié à l'inertie.
On peut alors tout à fait postuler l'existence d'une gravité répulsive .... si la vitesse d'expansion est sous-estimée à très petite échelle (lorsque l'inertie est faible).
Voilà en gros la question qui me travaille, à savoir si ce modèle très hypothétique certes et très simple peut s'avérer sinon prédictif dans un premier temps, pour le moins explicatif.
Ah oui il y a aussi un truc qui m'échappe :
et :
le Soleil n'est pas considéré comme une étoile ? Où est le hic ?
Merci d'avance
SI j'ai bien tout saisi et on me reprendra si nécéssaire.
Dans le premier cas où w=0, il est question des étoiles dans le cosmos, et étant donné leurs éloignements repectifs, l'attraction est quasi nulle, contrairement aux étoiles relativement aux planetes par exemple, où un champ gravitationel recouvre l'ensemble et donc w>0..
ah oui merci j'avais négligé le "mais" : w=0 à faible densité contrairement à w>0
Dernière modification par xxxxxxxx ; 31/10/2016 à 03h52.
Simplement quand tu considères le fluide qui remplit l'univers comme un gaz de galaxies ou un gaz d'étoiles, celles-ci ne s'entrechoquent pas, et la pression de ce fluide est nulle. Pareillement la matière norie est non collisionnelle. Et la pression des gaz intra ou extra galactique est infime. Donc au total, la pression de la fraction matérielle de l'univers est nulle. Il est vrai qu'il existe une pression *dans* les étoiles, mais c'est très peu de chose par rapport à leur énergie de masse et on va la comptabiliser comme de la masse.
Parcours Etranges
Doit-on comprendre qu'il y aurait deux effets différents; que cette "action antigravitaire" agirait comme une force répulsive sur la matière, alors que l'expansion ne serait pas un "éloignement" des galaxies mais une "dilatation" de l'espace?
D'autre part que devient le principe de condition faible sur l'énergie? Devrait-il etre revu?
Dans le contexte "énergie sombre", donc en mettant la constante cosmologique dans le membre de l'équation d'Einstein qui décrit le contenu de l'espace-temps, oui. Cela présente l'avantage de pouvoir donner une signification physique à cette constante en mettant un nom sur cette énergie sombre, qui ne serait rien d'autre que l'énergie du vide (à condition bien sûr d'arriver à faire marcher ensemble RG et TQC de manière à résoudre le problème "naïf" d'ordre de grandeur...)
Dernière modification par yves95210 ; 31/10/2016 à 15h38.
Oui mais cela me semble poser le problème de l'ère inflationnaire de l'univers où la "constante cosmologique" dominait: ce n'était donc pas une phase d'expansion exponentielle de l'univers mais un éloignement des premières structures dù à l'énergie du vide cette fois bien à l'ordre de grandeur 10^120 (à v>c : impossible)...Dans le contexte "énergie sombre", donc en mettant la constante cosmologique dans le membre de l'équation d'Einstein qui décrit le contenu de l'espace-temps, oui. Cela présente l'avantage de pouvoir donner une signification physique à cette constante en mettant un nom sur cette énergie sombre, qui ne serait rien d'autre que l'énergie du vide (à condition bien sûr d'arriver à faire marcher ensemble RG et TQC de manière à résoudre le problème "naïf" d'ordre de grandeur...)
D'autre part il me semble qu'on doit etre capable de distinguer observationnellement cet effet d'éloignement dù à lambda et qui produirait donc un effet Doppler et non pas un Redshift cosmologique du fait de l'extension du facteur d'échelle? Mais peut etre pas encore à cet age de l'univers?
En français, un cours ici, qui comporte une brève mention de l'hypothèse au départ : Inflation, anisotropie et inhomogénéitésBonsoir Gilgamesh
Pourrais tu donner quelques sources sur cette hypothèse, s'il te plait ? (y compris en anglais au besoin , google traduction marche de mieux en mieux
Merci d'avance
En anglais un bon papier de synthèse ici : The cosmological constant, avec une énorme biblio (280 articles).
Concernant le lien avec l'inflation, je relève un peu au hasard par exemple :
p28
Although the mechanism which suppresses the naive value of the vacuum energy is unknown,
it seems easier to imagine a hypothetical scenario which makes it exactly zero than one which
sets it to just the right value to be observable today. (Keeping in mind that it is the zerotemperature,
late-time vacuum energy which we want to be small; it is expected to change at phase
transitions, and a large value in the early universe is a necessary component of inflationary universe
scenarios
Dernière modification par Gilgamesh ; 31/10/2016 à 18h28.
Parcours Etranges
La gravité est (bien) expliquée par la courbure de l'espace temps. Je ne vois pas comment relier ça avec l'expansion. Je ne vois pas non plus phénoménologiquement comment l'expansion peut causer la gravité. Ni comment la masse pourrait causer l'expansion. L'expansion de l'espace réclame un taux d'expansion (en m/m/s). La notion de vitesse d'expansion (en m/s) appliqué à l'ensemble de l'univers n'a pas de sens physique. Par ailleurs, le système solaire n'est pas en expansion, donc la gravité devrait être nulle... Ou si la gravité dépend de l'expansion globale, alors elle devrait avoir variée depuis la formation de la Terre, donc également la distance Terre-Soleil, etc.
Bon, et c'est une théorie personnelle. Ça n'a pas sa place sur Futura
Parcours Etranges
merci Gilgamesh
L'expansion a toujours été conçue comme un mouvement comobile... Je ne vois pas pourquoi tu évoques autre chose.
Dans l'idée, le taux d'expansion initial était inflationnaire (cad très très élevé) du fait de l'importance de la cte cosmo. Puis, Λ s'effondre, ce qui marque la fin de l'ère inflationnaire. L'énergie de l'inflaton (le champ scalaire avec lequel on modélise l'énergie du vide) est convertie en matière et rayonnement. La pression et la densité deviennent tout deux positifs et ça se traduit par un intense freinage de l'expansion.
L'univers se dilue et le frein se lève progressivement, le taux d'expansion continue de baisser mais de plus en plus doucement. Puis, si Λ n'est pas nul mais simplement petit (et constant), son effet se fait à nouveau sentir et le taux d'expansion au lieu d'évoluer vers la valeur nulle tend à rejoindre progressivement une valeur constante mais non nulle.
Dernière modification par Gilgamesh ; 31/10/2016 à 20h56.
Parcours Etranges
Non, l'équation d'Einstein décrit comment la géométrie de l'espace-temps est modifiée par la présence de matière-énergie. Dans tous les cas, c'est bien cette géométrie qui évolue, et non les objets contenus dans l'espace-temps qui s'éloignent les uns des autres.
Le fait de considérer la constante cosmologique comme un terme de densité d'énergie (et surtout, de pression négative) plutôt que comme une propriété de l'espace-temps (qui impacte la manière dont la courbure se modifie) ne change rien à l'affaire : au bout du compte la solution de l'équation sera la même métrique - sinon mathématiquement, ça serait un peu bizarre, non?
@Gilgamesh & @Yves95210: ok merci j'avais mal compris une réponse précedente.
merci, ce sera plus facile qu'une vidéo qui entre par une oreille et sors par l'autre
Salut,
je transmets parce que je viens de le découvrir aujourd'hui et que l'on y trouve les mêmes ingrédients : inflation et constante cosmologique. Ca peut peut-être t'intéresser d'y jeter un oeil (je ne sais pas si tu as suivi les dernières recherches de Andrei Linde, moi je n'ai pour l'instant que le slogan "attracteur" mais ce petit dernier m'a donné envie d'aller creuser un peu plus profond)
Pour en dire deux mots, j'y ai apprisJ'ai l'impression que tu suggères dans ton message un lien entre inflation et constante cosmologique (peut-être dans l'esprit higgs=inflaton ?) mais ce n'est pas de celà qu'il s'agit dans l'article de Linde (il évoque cependant les modèles où le Higgs est l'inflaton et leur extension supergrave, du coup je ne suis pas sûr...), le modèle qu'il décrit ne semble rien avoir à dire sur l'origine de la constante cosmologique (ou de la brisure de la SUSY), il montre simplement comment son nouveau modèle inflationnaire est en mesure de tolérer ces deux élements nécessaires à la description du monde réel.
- que cette classe de modèles récents (supersymétriques avec un mécanisme d'attracteur) étaient en très bon accord avec les données de Planck
- qu'il y avait cependant une tension palpable (un théorème no-go) avec la brisure de la supersymétrie et la constante cosmologique positive
- qu'un problème vieux de 30 ans barrait la route à la brisure de la supersymétrie dans les modèles cosmologiques basés sur la supergravité.
- que tout ces élements semblaient enfin trouver leur place ensemble et les problèmes se trouvaient tous résolus !
Ce qui me chatouille le plus les neurones dans cette histoire c'est que la brisure de la SUSY et la constante cosmologique arrivent main dans la main... C'est là un des sujets de réflexion qui m'occupe le plus l'esprit ces dernières semaines, depuis la conjecture de Ooguri et Vafa que les espaces AdS (constante cosmologique négative) étaient stables si et seulement s'ils étaient supersymétriques. Si cette conjecture est vraie (et les évidences qu'ils présentent dans leur article sont loin d'être triviales), on pourrait s'avancer à dire que dans notre univers apparemment stable et non-supersymétrique, la constante cosmologique ne peut pas être négative...
Le modèle de Linde me parait pointer dans la même direction, en passant (cf eq. 2.8). Il va falloir que j'aille creuser un peu plus du côté de l'incorporation du modèle dans le cadre des cordes, que Linde suggère dans la discussion ... je vais suivre l'affaire ...
La voie ardue mais juste du révolutionnaire conservateur : bâtir en détruisant le minimum.
Le papier est trop technique pour moi, mais je retiens effectivement l'ambition de réunir phénoménologiquement l'inflation, la fin de l'inflation et la constante cosmologique (et SUSY) dans le même objet théorique.
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