La physique pour les nuls : 1 – l’expansion de l’univers à partir d’où ?

[invite3db147fa]

Bonjour à tous.
Le but avoué de ce post est de poser une bête, très bête question en espérant avoir un gentil physicien pour m’éclairer.

J’ai toujours entendu dire que l’univers était en expansion et que les galaxies s’éloignaient toutes les unes des autres. Alors je suppose qu’en observant leurs trajectoires, par triangulation, on doit pouvoir localiser un point d’origine, trouver des coordonnées d’où elles sont originaires et donc une sorte de centre ou l’emplacement du bigbang.

Bon, je sais bien ça ressemble à une question de gosse du genre « papa pourquoi les bateaux ils flottent ?». Ben justement, j’ai posé la question à mon professeur de physique quand j’avais 17 ans et il m’a répondu « heu heu, non en fait, heu, il n’y a pas de centre heu, c’est pas si simple et heu heu laisse tomber ». J’ai maintenant 41 ans et je traine depuis l’insondable frustration que vous imaginez.

J’ai fais entre-temps des études d’ingénieur et je n’ai plus vraiment eu l’occasion d’aborder ce genre de thème. En revanche cela m’a permis d’avoir beaucoup de réponses sur d’autres (parfois trop pour ma pauvre tête)

J’ai mis 1 dans le titre parce que après j’en aurai peut-être d’autres.
Merci d’avance, je suis sur qu’on est déjà moins idiot quand on demande.
-----

[daniel100]

Bonjour Trumanshow et bienvenue,

Je vais tenter une réponse (ce qui me permettra de savoir si j’ai bien compris) : les galaxies s’éloignant de nous, le point d’origine, et ben c’est nous.

De plus, l’ET se trouvant à 13 milliards d’années-lumière, répondra de la même façon que moi.

Il n’y a pas d’origine du big bang, car a eu lieu partout, et quelque soit l’emplacement de l’observateur dans l’univers il verra toujours les galaxies s’éloigner de lui.

Aussi bien, ce que je dis est totalement faux, d’autres confirmeront ou l’inverse.

[Gloubiscrapule]

C'est une question récurente.

Comme l'a dit daniel il n'y a pas de centre, et tous les objets s'éloignent de tous les autres.

Il ne faut surtout pas considérer (comme on voit souvent malheureusement) le Big bang comme une explosion de laquelle partent toutes les galaxies.
En fait c'est tout l'espace qui grandit entrainant avec lui tout ce qui le remplit.

[invite3db147fa]

Bonjour Daniel100 et merci pour ta réponse.
Et en cours de rédaction, aussi Gloubiscrapule…

En fait, tu as effectivement bien compris et m'as carrément aidé à reformuler ou préciser ma question. Ta réponse me fait penser à une image qu’on m’a déjà présentée et qui est celle d’un ballon qui gonfle et où le monde que nous connaissons est représenté en deux dimensions sur sa surface. Dans ce cas, il apparaît clairement qu’il n’y a pas de centre si ce n’est en dehors de la surface. Mais cette théorie implique une représentation de l’univers en hyper sphère. En gros, si je prends ma navette spatiale et que je pars loin devant (et suffisamment vite, parce que le ballon gonfle), je devrais me retrouver à mon point de départ.

Evidement, comme tout le monde, j’ai été habitué à un modèle (Euclidien je crois mais pas certain). Un peu de culture scientifique m’a fait admettre des courbures, des déformations dues aux masses. Alors, l’hyper sphère, je peux accepter, même si cela demande un effort considérable pour vaguement se le représenter.

Ce qui m’interpelle, c’est que je n’entends quasi jamais parler de cette représentation. Je viens d’exhumer de ma bibliothèque une vielle BD : « le géometricon – les aventures d’Anselme Lanturlu » pour ceux qui connaissent. Cette BD pédagogique traite de façon remarquablement compréhensible ce genre de chose (et même des univers en forme de selle à cheval, de ruban de Moëbius, etc.).

Mais alors, je voudrais savoir, quel est le modèle adopté par les astrophysiciens ? Parce que si c’est l’hypersphère, c’est un scoop … pour moi !

Gloubiscrapule
Je me doute que la question est récurrente et vos réponses à tout deux constituent un très bon début de réponse. Merci beaucoup. Mais j’ai encore un peu faim. Je n’ambitionne plus de devenir physicien, je suis bon dans mon propre domaine et ne prétends pas rattraper en dilettante des années d’études et d’expérience dans un autre. C’est mon insatiable curiosité qui m’a amené ici et je suis parfois têtu.

Et comme tu l’as très bien dit : « comme on voit souvent malheureusement ». Ben oui, à force de s’entendre rabâcher qu’à l’origine le monde était des milliards de fois plus petit qu’une tête d’épingle, qu’est ce que les gens vont visualiser. Je ne regarde plus les émissions de vulgarisation scientifiques. Ca berce, c’est tout.

Alors, j’espère avoir réussi à aller plus loin dans mes questions. A quel modèle dois je m'interresser? Mais je suppose que ce n’est pas si simple.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gloubiscrapule]

Mais alors, je voudrais savoir, quel est le modèle adopté par les astrophysiciens ? Parce que si c’est l’hypersphère, c’est un scoop … pour moi

Non c'est pas l'hypersphère, tout simplement car la courbure d'une hypersphère est positive, et que l'univers a une courbure nulle. C'est en gros tout ce qu'on sait, qu'il est plat. Et il y a de nombreuses topologies possibles pour un univers plat mais on n'en sait pas plus.

[morrow]

Bonsoir à tous,
Trumanshow, le modèle de référence est actuellement le "modèle standard" qui porte également le nom de "big bang". Il ne fait pas allusion à un événement ponctuel dans l'espace mais à un état trés (infiniment ?) dense et chaud de la matière, laquelle matière s'est dédensifiée et refroidie à la faveur de la dilatation de l'espace qui la contient, jusqu'à devenir ce que nous en observons aujourd'hui (galaxies etc...).
D'autres propositions sont faites régulièrement mais elles restent, me semble-t'il, sous réserve, hypothètiques.
On trouve d'excellents articles dans Wikipédia.
A bientôt.

[Xoxopixo]

Bonjour,

Non c'est pas l'hypersphère, tout simplement car la courbure d'une hypersphère est positive, et que l'univers a une courbure nulle. C'est en gros tout ce qu'on sait, qu'il est plat. Et il y a de nombreuses topologies possibles pour un univers plat mais on n'en sait pas plus.

Mais on attend des résultats concrets.
Voir l'hypothèse de l'Univers chiffonné de Jean-Pierre Luminet.
http://www.elisabrune.com/pdf/Luminet.pdf

Il se trouve que les dernières données observationnelles sur les fluctuations de température du rayonnement fossile (expérience WMAP, 2003) donnent une indication positive en faveur d'un espace chiffonné fascinant, avec la topologie d'un dodécaèdre reconnecté, dont le volume ne serait que 80% de celui de l'univers observable!

http://forums.futura-sciences.com/as...hiffonnes.html

L'espace dodécaédrique de Poincaré est un des candidats potentiels à la forme globale de l'Univers. C'est du moins ce que pense une équipe d'astrophysiciens emmenés par Jean-Pierre Luminet, de l'Observatoire de Paris-Meudon[1],[2].

Si cette hypothèse est correcte, le fond diffus cosmologique (CMB) devrait posséder des motifs sphériques. Ces motifs sont liés au fait que, dans un espace multiconnexe, la lumière peut emprunter plusieurs trajets pour arriver au même point, en passant par les faces opposées (qui sont identifiées). Par exemple, dans un espace torique tridimensionnel, homologue à un cube dont on identifierait les faces opposées, un observateur se voit trois fois (une fois en face, une fois de côté, une fois en haut). Le fond cosmologique devrait donc présenter ces sortes de figures d'interférence.

Cependant, à l'heure actuelle, même si les données du satellite WMAP semblent compatibles avec l'hypothèse de l'espace dodécaédrique de Poincaré, la recherche des cercles n'a pas été concluante — pour autant que ces cercles puissent effectivement être détectés malgré le bruit de fond et d'autres effets perturbateurs.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_..._Poincar%C3%A9

AI. Que recherchera la mission Kepler ?

JPL : Il s'agit d'un sujet que je n'ai pas abordé dans "Le destin de l'Univers", mais que je traiterai dans mon prochain livre, à paraître en 2009 chez Odile Jacob, la recherche des planètes extra-solaires. Kepler est mon héros favori et mes romans parlent effectivement de la vie de Kepler. Grâce à lui, on a commencé à comprendre qu'il y avait d'autres planètes et d'autres soleils que ceux décrits par les Ecritures. Le télescope Kepler, qui va être lancé en avril 2009, va faire l'inventaire de 100.000 étoiles pendant 4 ans par la méthode dite du transit : une planète passant devant le disque lumineux de l'étoile autour de laquelle elle orbite va provoquer une mini-éclipse que s'efforcera de capter l'instrument(8).

Quant au satellite Planck, mission de l'Agence spatiale européenne, prévue pour avril, il sera consacré entièrement à l'étude du rayonnement fossile(9). Ses performances expérimentales seront considérablement supérieures à celles du Wmap. On peut se demander si Planck permettra vraiment de trancher le débat que j'évoquais, puisqu'avec les données actuelles, il est difficile d'être certain de trouver le signal topologique que nous avions prédit pour le modèle dodécaédrique. J'avoue que je n'y crois pas beaucoup. Planck va améliorer les performances instrumentales, mais pas forcément dans les longueurs d'ondes qui nous intéressent pour tester notre modèle. On en apprendra sans doute beaucoup sur des propriétés plutôt locales, ce qui s'était passé à l'époque du rayonnement fossile, des propriétés de polarisation du rayonnement cosmique, mais pas nécessairement sur la topologie cosmique. Mais je pourrais être surpris.

http://www.automatesintelligents.com...9/luminet.html

Il va donc falloir patienter encore un peu.

[Gloubiscrapule]

Mais on attend des résultats concrets.
Voir l'hypothèse de l'Univers chiffonné de Jean-Pierre Luminet.

D'après ce que j'ai vu rapidement, les effets de la topologie interviennent aux grandes échelles. Et c'est aussi à ces grandes échelles qu'intervient ce qu'on appelle l'effet ISW (integrated Sach-Wolf effect), qui est une signature directe de l'énergie sombre. Apparemment les équipes ne sont pas d'accord sur le fait que ça pourrait cacher le signal topologique.
Mais ce que je sais c'est qu'à ces échelles, on se heurte à ce qu'on appelle la variance cosmique, c'est à dire une incertitude sur le signal causé par le fait que ces échelles sont proches de l'horizon cosmiques et donc on n'a pas accès à une zone assez grande de l'univers pour avoir une mesure précise. Cette variance cosmique dont l'origine est purement physique, implique une grosse incertitude sur le signal aux grandes échelles et ce peu importe la précision du satellite.
A cause de ça l'effet ISW a du mal à être détectée et pareil les équipes ne sont pas toujours d'accord sur l'existence du signal ou pas, alors je pense que c'est pareil pour la topologie.

[papy-alain]

... on n'a pas accès à une zone assez grande de l'univers pour avoir une mesure précise.

Mais justement : dans l'univers chiffonné de JP Luminet, si le modèle était était confirmé, l'univers est plus petit que l'univers observable. Dans ce cas, nos observations couvrent l'ensemble de l'univers et cette incertitude disparaît, non ?

[Andrei2010]

Une théorie concurrente propose un univers chifonné de taille supérieure à l'univers visible, voir infini. La présence d'un "grand attracteur" au-delà de nos limites observationnelles pourrait être une preuve en la faveur de cette théorie.

Pour mémoire, le "grand attracteur extérieur" est l'explication proposée au déplacement d'un "courant" de plusieurs milliers de galaxies vers une région située au-delà des limites de l'univers visible.

Quitte à insister lourdement, tout cela n'est qu'hypothèses.

[Gloubiscrapule]

Mais je crois que ça change rien, car tu as quand même trop peu de grandes échelles pour avoir une bonne statistique. En gros si tu considère l'univers en tant qu'objet tu en as qu'un, et faire des statistiques avec un élément ça veut rien dire!
Beh c'est un peu ça la variance cosmique, plus tu étudies des échelles proche de la taille de l'univers, moins tu en as et plus tu as de l'incertitude.

[invite3db147fa]

Eth bien…

J’ai demandu, on m’a répondu et je suis pas déçu.
Effectivement, là, sans demander à aller plus loin, j’y vois un peu plus clair et ma vielle frustration a disparu. Et ça fait du bien.

Donc, si j’ai bien compris et je résume vite fait ce que j’ai appris, dite moi si je suis dans le bon et si j’ai été un élève attentif :

Premièrement, la réponse à ma question se trouve dans la notion de topologie de l’univers.

L’idée d’hyper sphère était un bon début d’approche pour moi mais invalidée parce pas de courbure. Là, je ne sais pas comment on le sait, mais j’imagine bien que sur mon « ballon », si je dessine un triangle rectangle, la règle du carré de l’hypoténuse ne fonctionne plus, donc je suppose que si on le sait, c’est pour une raison dans le même style. J’ai appris entre-temps, que c’était une idée d’Einstein en 1916 mais que ça n’a pas tenu la route longtemps.

Mais ce n’est pas grave, il y a plusieurs autres topologies qui collent avec l’observation de l’expansion, normalement de courbure nulle, mais on n’en sait pas plus pour l’instant.

J’ai lu l’interview de Mr Luminet (merci pour le lien) avec ses 18 topologies plates, 3000 courbes et l’univers dodécaédrique chiffonné. C’est bon, n’en jetez plus, je n’en demandais pas tant

La topologie de l’univers quel qu’il soit ne remettrait pas en question nombre de théories importantes et durement acquises (même si rien n’est éternel et surtout pas une théorie). Ouf, c’est déjà ça.

Les prochaines missions et observations nous en apprendront peut-être sur la question, peut-être pas. On verra bien.

Pour les non initiés, pour « monsieur tout le monde », le big bang, c’est un grain de poussière qui explose dans le vide. D’où une imagerie populaire bien compréhensible. Pour vous, les physiciens aguerris, cela doit s’apparenter au mythe de la création avec Adam et Eve, comme visualisation j’entends bien. Grâce à vous, je ne vois plus la chose de façon aussi simpliste. Si on bouleverse son idée de la topologie, je crois qu’un point n’a plus forcément le même sens.

Alors, j’ai bon ? C’est plus ou moins ça ?

En tout cas, un grand merci, je m’endormirai moins idiot. Avec une petite pensée pour Galilée au passage (le pauvre, s’il savait).