Big bang : l'espace enfle

[invite26323b36]

Bonjour à tous,
voici un question pour laquelle je n'ai pas trouvé de réponse... peut-être pourriez-vous m'aider à la lumière des théories actuelles.
Elle concerne la dilatation de l’univers. Il me semble que d’après les théories cosmologiques du moment, la dilatation de l’espace corresponde à une extension de la texture dimensionnelle dans toutes les directions. Ainsi, les galaxies s’éloignent les unes des autres comme s’éloignent les taches à la surface d’une baudruche que l’on gonfle (selon l’image usuelle). Mais dans ces conditions, à quelle échelle pouvons-nous considérer l’arrêt de cette dilatation ? Autrement dit, l’extension de la structure de l’espace se répercute à toute échelle : les étoiles dans les galaxies devraient s’éloigner les unes des autres… jusqu’aux dimensions des atomes qui devraient s’accroître avec le temps (comme les taches de l'image du ballon s'élargissent). Ainsi, l’expansion de l’univers impliquerait une non constance des grandeurs définissant les mesures de longueur, si nous considérons les dimensions de l’atome variable… A-t-on observer des éléments qui pourraient étayer ce fait : taille des galaxies variables en fonction de la distance (plus elles sont éloignées, plus elles sont petites ?), rapprochement des raies d’absorption de l’hydrogène pour les corps les plus éloignés (dont l’information nous vient d’un temps où les dimensions de l’univers étaient plus restreintes, donc la matière serait plus "condensée")… ?
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[Coincoin]

Salut,
On en a discuté récemment, mais je ne sais plus dans quel sujet (je me souviens qu'il y avait alain_r, Gilgamesh, Mtheory etmoi). En gros, à partir du moment où le système est lié (gravitationnellement, électrostatiquement, ...), l'expansion est généralement insuffisante. Pour donner un ordre de grandeur, la limite se situe à une échelle de l'ordre de la dizaine de millions d'années-lumière.

[invitea774bcd7]

Si la théorie du Big Bang est correcte, l'univers a donc un volume fini… Non ?
Ça veut dire qu'il a une bordure… À un endroit y a de l'univers, un peu plus loin, plus rien
C'est vrai ?

[Coincoin]

Si la théorie du Big Bang est correcte, l'univers a donc un volume fini…

Pas forcément.

Ça veut dire qu'il a une bordure…

Non. La surface de la Terre est finie mais n'a pas de bordure. Pour l'espace, ça pourrait être la même chose avec une dimension en plus (ce qui empêche de le visualiser).

[A voir en vidéo sur Futura]

[hterrolle]

si ont modifie bordure par limite. cela semble plus mathrmatique pour toi coincoin humour

[invitea774bcd7]

Pas forcément.

Non. La surface de la Terre est finie mais n'a pas de bordure. Pour l'espace, ça pourrait être la même chose avec une dimension en plus (ce qui empêche de le visualiser).

Tu vois bien ce que je veux dire… Tu pars du centre de la Terre et tu creuses vers le haut. À un moment, tu émerges du sol, « sors de la Terre » . C'est ça la bordure…
N'est-ce pas pareil avec l'Univers ?
Je te dis tout de suite où je veux en venir : n'est-ce pas possible qu'un photon « sorte de l'univers » ?

(en effet, je retire ce que j'ai dit sur le volume fini. « En dehors » de l'Univers, y a pas d'espace…)

[Coincoin]

La surface (en tant qu'espace à deux dimensions) de la Terre est finie et sans bords. C'est juste pour illustrer que mathématiquement, ça ne pose pas de problème à concevoir.

[invitea774bcd7]

OK
Et ma question sur le photon ? T'en penses quoi ?

[Coincoin]

Par définition de l'univers, il contient tout donc rien ne peut en sortir.

[invitea774bcd7]

Pratique comme définition
Merci

[invitea774bcd7]

Apparemment, ça dépend de la “compactness of the global shape” --> http://en.wikipedia.org/wiki/Shape_o...e_global_shape

Ça me dépasse complètement bien sûr mais en tout cas, c'est une question encore en suspend si j'ai bien compris

[invite26323b36]

Salut,
On en a discuté récemment, mais je ne sais plus dans quel sujet (je me souviens qu'il y avait alain_r, Gilgamesh, Mtheory etmoi). En gros, à partir du moment où le système est lié (gravitationnellement, électrostatiquement, ...), l'expansion est généralement insuffisante. Pour donner un ordre de grandeur, la limite se situe à une échelle de l'ordre de la dizaine de millions d'années-lumière.

bonjour... merci pour la réponse ... succincte - désolé, je n'ai pa lu tous les posts avant de poser ma question . Si j'ai bien compris, "localement" les effets de l'expansion de l'univers seraient "compensés" par les forces de cohésion ? qu'en serait-il pour le petit atome d'hydrogène perdu entre deux amas de galaxies ? Est-ce que cet "équilibrage" est évolutif face à une inflation de l'expansion ?

[invitea01d101a]

Pas forcément.

Non. La surface de la Terre est finie mais n'a pas de bordure. Pour l'espace, ça pourrait être la même chose avec une dimension en plus (ce qui empêche de le visualiser).

...enfin, deux dimensions supplémentaires faut y inclure le temps, puisque partie indéniable de la structure de l'espace-temps ^^

Cordialement,

[invitea01d101a]

Tu vois bien ce que je veux dire… Tu pars du centre de la Terre et tu creuses vers le haut. À un moment, tu émerges du sol, « sors de la Terre » . C'est ça la bordure…
N'est-ce pas pareil avec l'Univers ?
Je te dis tout de suite où je veux en venir : n'est-ce pas possible qu'un photon « sorte de l'univers » ?

(en effet, je retire ce que j'ai dit sur le volume fini. « En dehors » de l'Univers, y a pas d'espace…)

Si vous me permettez, M. guerom, je vais tenter une analogie afin de vous répondre sur mes sentiments...

Prenez la courbe (en repère ON) représentative de la fonction suivante : sur l'intervalle . Considérez ensuite un mobile lié à la courbe, et sa projection sur l'axe des abscisses. Disons que le mobile ne se déplace que de façon continue sur l'arc . Lorsqu'il se déplace selon les décroissants, la projection peut s'approcher asymptotiquement du point correspondant à l'abscisse sans toutefois ne jamais l'atteindre.

L'analogie réside dans le fait que le point est contraint à se déplacer sur quelque chose de fini, sans jamais atteindre le centre du repère. Ce qui est amusant, topologiquement parlant, c'est que si est vu comme un espace topologique muni de la topologie habituelle (celle de l'ordre par exemple), alors on peut considérer deux cas :

• ou bien il est considéré comme sous-espace topologique de l'axe réel dans son entier, auquel cas le bord de cet espace contient le centre du repère
• ou bien on ne le considère pas comme sous-espace topologique de l'axe réel ; sa frontière ne peut contenir alors le centre du repère

Par rapport au premier point, ne décrirait pas - selon l'analogie - l'Univers dans son entier, puisqu'on le considère comme sous-espace de quelque chose.

Pour le deuxième point, décrirait alors l'Univers dans son entier, et on s'aperçoit que l'Univers est fini sans toutefois admettre une frontière.

Ma critique : ne pas prendre forcément au pied de la lettre l'existence ou non de la frontière de l'Univers par rapport à lui-même, étant donné qu'on ne sait rien a priori de la topologie de l'Univers. Néanmoins, il me semble que ce "bricolage anagolique" permet de préssentir les problèmes soulevés par votre question.

Cordialement,

[Pio2001]

Tu vois bien ce que je veux dire… Tu pars du centre de la Terre et tu creuses vers le haut. À un moment, tu émerges du sol, « sors de la Terre » . C'est ça la bordure…

Cela ne correspond pas à une topologie possible de l'espace, car l'espace, c'est tout l'espace, et pas seulement un volume duquel on peut sortir.

Si on prend comme exemple une topologie hypertorique, en creusant vers le haut, on va continuer tout droit jusqu'à revenir à son point de départ, au centre de la Terre.
Si on prend un univers plat et infini, alors on peut creuser indéfiniment.

Voici un exemple d'univers minuscule, fini, et sans bord.


Winsor McCay. (c) Delcourt, Peter Maresca, Sunday Press.

Il ne fait que quelques mètres cubes de volume, et seulement trois personnes peuvent y tenir (ici au centre). Elles peuvent se déplacer autant qu'elles veulent dans toutes les directions, elles ne rencontreront pas de bord, mais elles ne sortiront jamais des quelques mètres cubes que constituent l'univers.
Si on se donne arbitrairement une boîte rectangulaire correspondant à un volume où elles se trouvent, à chaque fois qu'elle sortent d'un côté, elles rentrent de l'autre.

[invitea774bcd7]

Merci de ta réponse

étant donné qu'on ne sait rien a priori de la topologie de l'Univers.

Oui, c'est ce que j'ai retenu du lien Wikipedia que j'ai posté… Je me suis en effet embrouillé en voulant parler de bordure, frontière, etc…
Ce qui m'intéressait vraiment était de savoir si un photon pouvait atteindre “the starting point” (comme ils disent dans Wikipedia…). Et cela dépend directement de la topologie de l'Univers, qui est à ce jour inconnue

[Pio2001]

Si j'ai bien compris, "localement" les effets de l'expansion de l'univers seraient "compensés" par les forces de cohésion ? qu'en serait-il pour le petit atome d'hydrogène perdu entre deux amas de galaxies ? Est-ce que cet "équilibrage" est évolutif face à une inflation de l'expansion ?

Non, je ne crois pas.
D'après ce que j'ai compris, l'expansion de l'espace est une expansion par rapport aux grandeurs physiques fondamentales, telles que la longueur de Plank, par exemple.
Ainsi, quand on dit que l'espace est en expansion, il se dilate par rapport à la portée de la force électromagnétique, par exemple, qui est constante, et détermine la taille d'un solide, en assurant la cohésion des atomes qui le composent, ou encore par rapport au diamètre de l'orbite terrestre, qui est constant et déterminé par la portée de la force de gravitation, par rapport à laquelle l'espace se dilate.

Ainsi, tout élément lié par des forces naturelles, graviation, éléctromégnétique, nucléaire, conservera sa taille malgré l'expansion de l'univers.
Des éléments non liés de façon stable, en revanche, conserveront un mouvement initial dû à leur inertie, mais par rapport à un espace en expansion, et non par rapport à un espace absolu.

[invite26323b36]

Non, je ne crois pas.
D'après ce que j'ai compris, l'expansion de l'espace est une expansion par rapport aux grandeurs physiques fondamentales, telles que la longueur de Plank, par exemple.
Ainsi, quand on dit que l'espace est en expansion, il se dilate par rapport à la portée de la force électromagnétique, par exemple, qui est constante, et détermine la taille d'un solide, en assurant la cohésion des atomes qui le composent, ou encore par rapport au diamètre de l'orbite terrestre, qui est constant et déterminé par la portée de la force de gravitation, par rapport à laquelle l'espace se dilate.

Ainsi, tout élément lié par des forces naturelles, graviation, éléctromégnétique, nucléaire, conservera sa taille malgré l'expansion de l'univers.
Des éléments non liés de façon stable, en revanche, conserveront un mouvement initial dû à leur inertie, mais par rapport à un espace en expansion, et non par rapport à un espace absolu.

merci pour ces précisions il me semble mieux voir le système... Effectivement, vu comme ça, la matière ne se dilate pas (ainsi que tout système lié) et les interractions restent constantes. Petite question supplémentaire : y a-t-il des expériences ou des observations qui prouvent directement que l'expansion se fait telle que tu le décris ? (ou plutôt, qui ne montrent aucune dilatation de la matière au cours du temps, comme le rapprochement des raies de l'hydrogène pour les objets lointains mentionné dans mon premier message) Ou alors, est-ce issu d'un développement uniquement théorique ?
Enfin, implicitement, tu réponds à ma première question : l'echelle de la dilatation correspond à celle ou l'on peut négliger les interractions gravitationnelles (d'ou, je pense, la dizaine de millions d'années-lumière évoquée par coincoin - merci pour l'intervention )
Dernière question peut-être : cela signifierait que dans les premiers temps de l'univers, la matière globalement liée aurait vu l'espace gonfler autour d'elle sans qu'elle se "dilue", ou encore l'espace se dilatant indépendamment de la présence de matière on arriverait dans l'hypothèse du big-crunch à : la matière se re-condense alors que l'univers continue à se dilater ! ;-(
Plus générallement : la dilatation de l'espace est-elle indépendante de la présence de matière (ou d'énergie) ?
Je sais, c'est un corollaire osé : la dilatation n'influe pas sur la structure de la matière, impliquerait que la présence de matière structurée n'a aucun effet sur la dilatation de l'espace.
Pourtant, la matière change la structure de l'espace...

qu'en pensez-vous ?

[Coincoin]

Plus générallement : la dilatation de l'espace est-elle indépendante de la présence de matière (ou d'énergie) ?

Pas du tout. L'expansion de l'espace dépend directement de son contenu et de la façon dont le contenu se dilue avec l'expansion.

[Pio2001]

y a-t-il des expériences ou des observations qui prouvent directement que l'expansion se fait telle que tu le décris ?

Je n'en sais rien.

Dernière question peut-être : cela signifierait que dans les premiers temps de l'univers, la matière globalement liée aurait vu l'espace gonfler autour d'elle sans qu'elle se "dilue",

A cette époque, la pression était inimaginable. La matière, si elle avait eu du vide où s'étendre, aurait plutôt explosé.

ou encore l'espace se dilatant indépendamment de la présence de matière on arriverait dans l'hypothèse du big-crunch à : la matière se re-condense alors que l'univers continue à se dilater ! ;-(

Ca, ce n'est pas le big crunch, qui est une recontraction de l'espace, mais la mort thermique de l'univers : Le vide, avec quelques trous noirs effondrés et rien autour.

[invite26323b36]

Pas du tout. L'expansion de l'espace dépend directement de son contenu et de la façon dont le contenu se dilue avec l'expansion.

c'est bien ce qu'il me semblait, coincoin . Alors on arrive à la constatation suivante : la matière structurée influe sur l'expansion, et l'expansion n'influe pas sur la matière structurée (le corollaire "osé" serait donc faux !).
Par ailleurs, j'aimerai avoir une petite précision sur la notion de structure : du point de vue de l'interraction gravitationnelle, un amas ou un super amas de galaxies est structuré... il s'ensuivrait que l'expansion ne modifie pas leur structure et plus générallement, les galaxies qui s'éloignent les unes des autres ne sont pas en interraction gravitationnelle (vrai ?). Ou encore : l'expansion de l'univers ne modifie pas la structure de la matière s'entend à toutes les époques de l'univers, donc également dans les premiers ages (en faisant abstraction des premières minutes ). Cela signifirait que la matière ne s'est "structurée" (au sens : "les interractions ne se sont mises en place") qu'après que l'univers ait atteint un volume tel que l'expansion n'influe plus sur les structures, mais uniquement sur l'espace entre elles. Est-ce ainsi qu'il faut comprendre les choses ?
N'est-ce pas plus simple d'envisager que l'expansion agirait de manière similaire à une "force" repulsive entre les constituants de l'univers (donc à toute échelle), d'intensité trop faible pour modifier la structure des atomes, des molécules... des galaxies... et elle ne devient mesurable que lorsque les autres forces sont négligeables (à l'échelle intergalactique). Cela aurait, bien sur, des implications spécifiques...

[Coincoin]

Une façon de voir l'expansion, c'est ce qu'on appelle le "flot d'Hubble". Si tu te places en un certain point, tu as l'impression que les objets sont emportés au loin par un certain courant, dont la vitesse augmente avec la distance. Si les forces qui te lient à ces objets sont suffisamment fortes, les objets vont pouvoir remonter ce courant. Par contre, si ce n'est pas le cas (parce que la force n'est pas assez puissante ou bien parce qu'ils sont trop loin et que le courant est trop rapide) alors ils s'éloignent.

[invite26323b36]

Une façon de voir l'expansion, c'est ce qu'on appelle le "flot d'Hubble". Si tu te places en un certain point, tu as l'impression que les objets sont emportés au loin par un certain courant, dont la vitesse augmente avec la distance. Si les forces qui te lient à ces objets sont suffisamment fortes, les objets vont pouvoir remonter ce courant. Par contre, si ce n'est pas le cas (parce que la force n'est pas assez puissante ou bien parce qu'ils sont trop loin et que le courant est trop rapide) alors ils s'éloignent.

cela est similaire à mon dernier commentaire concernant l'assimilation de l'expansion à une "force" répulsive, non ?
Par rapport à l'image du "flot de hubble", ce flot est continue et un équilibre semble se créer entre l'éloignement dû au flot et les forces attractives, dans le cas des systèmes liés. Lorsqu'il y a une discontinuité dans le rythme du flot, que se passe-t-il (inflation, accelération de l'expansion) ? Le passage à un nouvel "état d'équilibre" ne devrait-il pas se traduire par une émission d'énergie ?

[Coincoin]

cela est similaire à mon dernier commentaire concernant l'assimilation de l'expansion à une "force" répulsive, non ?

Oui, je vous l'accorde vu que vous mettez des guillemets à force. En effet, c'est une vitesse plus qu'une force (si c'était une force, ça changerait en fonction de la masse).

L'expansion change de taux. Par exemple, en ce moment elle accélère, doucement mais sûrement. En fonction de la valeur qu'elle prend, on peut par exemple avoir un "Big Rip" : l'expansion augmente tellement qu'elle "déchire" toutes les structures.
Les données actuelles ne sont pas trop en faveur d'un Big Rip mais plutôt d'une accélération plus douce de l'expansion, qui conduira les amas à s'éloigner et l'univers à être de plus en plus vide.

[invite26323b36]

Oui, je vous l'accorde vu que vous mettez des guillemets à force. En effet, c'est une vitesse plus qu'une force (si c'était une force, ça changerait en fonction de la masse).

L'expansion change de taux. Par exemple, en ce moment elle accélère, doucement mais sûrement. En fonction de la valeur qu'elle prend, on peut par exemple avoir un "Big Rip" : l'expansion augmente tellement qu'elle "déchire" toutes les structures.
Les données actuelles ne sont pas trop en faveur d'un Big Rip mais plutôt d'une accélération plus douce de l'expansion, qui conduira les amas à s'éloigner et l'univers à être de plus en plus vide.

nous arrivons au bout de ce post, je crois ... Une dernière question peut-être (reprise de mon précédent message) : qu'en serait-il pour les émissions d'énergie en cas de fluctuations du taux d'expansion ?

[Coincoin]

Je ne vois pas trop où tu veux en venir avec ta question.

Ce qu'on peut dire du rayonnement, c'est qu'il se dilue plus que la matière avec l'expansion : en plus de se diluer dans l'espace, il perd de l'énergie (par décalage vers le rouge), du coup sa densité d'énergie diminue encore plus avec l'expansion. Le rayonnement dominait l'univers au début, puis au fur et à mesure de l'expansion il a commencé à devenir moins important que la matière.

[invite26323b36]

Je ne vois pas trop où tu veux en venir avec ta question.

Ce qu'on peut dire du rayonnement, c'est qu'il se dilue plus que la matière avec l'expansion : en plus de se diluer dans l'espace, il perd de l'énergie (par décalage vers le rouge), du coup sa densité d'énergie diminue encore plus avec l'expansion. Le rayonnement dominait l'univers au début, puis au fur et à mesure de l'expansion il a commencé à devenir moins important que la matière.

Ha... excuse moi pour le manque de clarté je vais reformuler ma question : les forces de liaison de la matière agirait en résistance au flot expansif. Si ce flot n'est pas constant, à chaque accélération (ou décélération), ne peut-on pas envisager une dispersion d'énergie correspond à un retour à "l'équilibre" des systèmes liés ? (je sais, là j'ai tendance à transformer "force" en... force !, à ceci près que je conçoit tout à fait que l'expansion ne soit pas une "force" appliquée à une masse ). L'idée de départ serait : l'équilibre dans un système matériel lié serait légèrement déstabilisé par l'accélération du flot, et la liaison matérielle permetrait un retour à l'équilibre, avec émission d'énergie pour certain de ces systèmes liés...

[Coincoin]

Ok, je vois ce que tu veux dire. Le problème, c'est que le taux d'expansion ne fluctue pas, il varie lentement et continûment.

[invite26323b36]

Ok, je vois ce que tu veux dire. Le problème, c'est que le taux d'expansion ne fluctue pas, il varie lentement et continûment.

... cette variation lente et continue est ainsi depuis "l'origine" (du moins depuis l'inflation) ? J'avais cru comprendre que depuis quelques milliards d'années, nous étions dans une phase d'expansion accélérée (ce qui signifierait qu'auparavant, l'expansion était "plus soft" )... Face à cette "accélération" (certes, lente, faible et continue), un rééquilibrage permanent des systèmes liés peut être envisagé (j'extrapolle, bien sûr), non ? Dans ces conditions, on rejoindrait le commentaire précédent avec : émission continue d'énergie, de très faible amplitude, dans toutes les directions de l'espace...

[Coincoin]

Mais même si on peut imaginer le système s'expandre un peu puis se recontracter, ce n'est pas ce qui se passe. Le système reste immobile et insensible à l'expansion.

Imaginons un ballon un peu gonflé. Je peux imaginer que son volume augmente un peu, la pression diminue alors et pour rééquilibrer il va se recontracter. Mais tout cela n'est que dans ma tête. En pratique, le ballon ne va pas bouger et ne va pas de mettre à dégager plein d'énergie.