Bonjour, je souhaiterais savoir si il existe des capteurs d’énergie sombre comme le laboratoire souterrain de modane pour la matière noire. Ou comme le détecteur LIGO pour les ondes gravitationnelle. Ou tout simplement où es que des scientifiques travail sur l’énergie sombre. Merci
Well, c'est une bonne question... Non, il n'y a pas de détecteur d'énergie sombre en fonctionnement, ni aucun projet dans ce sens. Ou du moins, pas sous la forme d'une détection locale. Il y a par contre des projets de mesure de l'énergie sombre à un niveau cosmologique, par exemple le Dark energy survey. Il s'agit simplement de mesurer l'énergie sombre par ses effets sur l'expansion dans l'histoire de l'univers.Envoyé par Suburbicon1
Pas de détection locale parce que l'énergie sombre n'est pas associée à un champ identifié, qu'on pourrait espérer exciter suffisamment pour qu'il produise une particule réelle aux propriétés bien circonscite, comme le champ de Higgs (particule neutre, spin nul, masse un peu supérieure à 100 GeV...). Ce n'est pas non plus associé à une particule réelle stable de faible section efficace comme la matière noire froide. C'est quelque chose de différent. On peut en droit proposer deux pistes complètement différentes mais qui se traduisent de la même façon dans le cadre de la relativité générale, et donc au plan de ses effets cosmologiques.
La constante cosmologique est un terme qui apparaît dans la forme la plus générale de l'équation tensorielle d'Einstein.
Soit dans le terme de gauche dans l'équation, additionné au tenseur d'Einstein qui représente la géométrie l'espace-temps, c'est à dire du côté du contenant :
Dans ce cas c'est une constante géométrique, un caractère intrinsèque à l'espace qui se traduit par une modification des lois fondamentales de la dynamiques F=ma. La constante cosmologique serait alors simplement la traduction d'une loi fondamentale de la nature.
Soit dans le terme de droite de l'équation, additionné au tenseur énergie impulsion T, c'est à dire du côté du contenu (énergie et pression) de l'espace-temps :
Dans ce cas on l'appelle "énergie sombre". Cela implique que quand Tµv est nul, le terme de droite ne s'annule pas. Et l’intérêt de cette interprétation c'est qu'on dispose d'une explication phénoménologique de Λ, associé à un effet quantique du vide.
Ce qu'on appelle le vide c'est un ensemble de champs, un pour chaque particule élémentaire, à leur état d'énergie minimal. Même dans cet état minimal, le champ conserve une activité résiduelle qui produit des couples de particules qui se résorbent en un temps très court (d'autant plus court que la particule produite est massive). Le vide est une ruche vibrionnante qui produit de la matière à jet continu. Mais il s'agit d'une matière virtuelle, c'est à dire que ces particules ne peuvent pas interagir avec une particule réelle, un détecteur de particules par exemple ; elles produisent par contre un effet collectif qui joue un rôle important dans la théorie des champs quantiques.
L'énergie par unité de volume ρ autrement dit la densité d'énergie du vide (en Joule/m3, par exemple) résulte d'une sommation sur les champs quantique.
L'énergie E d'un champ en théorie quantique c'est :
E(n) = (n + 1/2)hν
avec
h la constante de Planck
ν (nu) la fréquence. Un ν donné représente un mode du champs. Pour une particule de masse m au repos, on a au minimum hv = mc², auquel il faut ajouter son énergie cinétique.
n = 0, 1, 2... le nombre de particules (réelles) du champ.
n>0 représente l'état excité, le champ génère de la matière
n=0 représente l'état d'énergie minimal du champ, cad le vide.
D'où l'énergie de point zéro du champ :
E(n=0) = hv/2
...qui n'est pas nulle.
Pour calculer l'énergie de vide, on intègre sur tous les modes des champs de toutes les particules (fermions, bosons) pour obtenir un total.
Et là, c'est le drame...
Même si on ne fait le calcul que sur une seule particule, par exemple le photon, l'intégrale donne une densité d'énergie de l'ordre de ρ~10120 fois la densité d'énergie mesurée par ses effets cosmologiques. C'est ce qu'on appelle une catastrophe ultraviolette : en intégrant les modes de fréquences croissantes qui sont aussi les plus énergétiques (si on part des fréquences optiques, c'est quand on va vers les ultraviolets), l'intégrale diverge, cad que son résultat tend vers l'infini. Usuellement, on somme jusqu'à une fréquence dite de coupure, qu'il faut justifier physiquement. Or dans le cadre de la Physique actuelle, la fréquence de coupure c'est la fréquence de Planck. On obtient comme résultat que la densité d'énergie du champs est de l'ordre de la densité de Planck. Ok, ce n'est pas infini. Mais c'est quand même extraordinairement élevé. Ou pour le dire à l'inverse : notre vide apparaît extraordinairement peu énergétique par rapport à ce qu'il devrait être, si on se fie à la théorie quantique des champs. C'est le problème dit de la constante cosmologique. Sans doute le problème ouvert le plus brûlant de la physique actuelle.
Donc on résume :
- on privilégie l'interprétation énergie sombre parce qu'on dispose d'une explication phénoménologique
- cette explication implique qu'on ne doit pas rechercher une particule en particulier, c'est un effet global du vide
- l'application numérique indique qu'il nous manque une pièce essentielle du puzzle
Mais on ne sait pas quoi. On serait donc bien en peine de concevoir un détecteur d'énergie sombre, si ce concept même à un sens.
Dernière modification par Gilgamesh ; 25/10/2016 à 08h32.
Parcours Etranges
Bonjour. Est-ce qu'une particule virtuelle produite par le vide exerce une quelconque influence sur l'espace temps ou gravitationnelle sur ses consoeurs? Est-ce qu'un champs virtuel est créé par ces particules? Le cumule de ces particules peut-il ne serait-ce qu'une fraction de seconde peut-il déformer l'espace et entrainer la formation de systèmes exotiques?
Merci!
Salut,
Ca, c'est LA question du siècle
Quelques infos :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Consta...nergie_du_vide
http://www.cpt.univ-mrs.fr/~cosmo/Ec...Bernardeau.pdf
https://fr.wikipedia.org/wiki/Quinte...8cosmologie%29
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Il me semble que l'effet Casimir représente bien une extraction d'une forme potentielle de l'énergie du vide :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Casimir
Salut,
Malheureusement, l'effet Casimir (ou les effets apparentés) concerne la variation de l'énergie du vide (variation avec la position des plaques).
Or les éventuels effets gravitationnels devraient être donné par la valeur de l'énergie du vide et pas sa variation.
Donc, ça ne répond pas à la question.
On peut aborder le problème en théorie quantique des champs en espace-temps courbe. On trouve divers effets comme le rayonnement de Hawking.
Mais si on veut calculer le tenseur énergie-impulsion du vide, on tombe sur des difficultés. Il faut renormaliser et donc on ne peut pas réellement calculer cette valeur.
Voir par exemple Birrel et Davies "Quantum Fields in Curved Space"
Ou Wald "Quantum Field Theory in Curved Spacetime & Black Hole Thermodynamics"
Pire, il y a des inconsistances.
Elles ont été révélée par plusieurs auteurs, dont Wald ci-dessus mais aussi Ted Jacobson dans une étude (ArXiv, à retrouver) où il montre que les fluctuations du tenseur énergie impulsion ne sont pas négligeables dans les cas où l'énergie du vide aurait un effet notable et donc remplacer le tenseur par sa moyenne dans les équations d'Einstein est douteux. J'ai pu aussi le constater en essayant de calculer de cette manière l'évaporation des trous noirs je suis tombé sur des inconsistances en effet compatibles avec la remarque de Jacobson.
Il semble donc délicat voire.... totalement foireux.... d'essayer de voir en quoi l'énergie du vide influence le champ gravitationnel. La solution ne semble pouvoir venir que d'une théorie de gravitation quantique complète. Et là, malheureusement, on ne la connait pas. Ou plutôt, on en a plusieurs (boucles, cordes et autres) et les données expérimentales manquent pour dire laquelle est la bonne.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
D'accord j'ai compris, merci pour la précision DeeDee !
(C'est aussi pour ça que je parlais de forme "potentielle" de l'énergie. Celle-ci étant toujours valable par définition à une constante près. Du coup en effet, je parlais des variations de cette énergie, mais tu l'expliques beaucoup plus clairement).
L'accélération de l'expansion de l'univers serait remise en cause : http://www.gurumed.org/2016/10/26/fi...cclrerait-pas/
Evidemment les média (et certains blogueurs) s'empressent de reprendre de manière biaisée une publication qui ne fait que réévaluer à 3 sigma (99,7%) la probabilité que l'expansion soit accélérée.
Pour se faire un avis, voir la répnse de Adam Riess.
Certes, le doute n'est pas "monstrueux"
Adam Riess défend "son" nobel, c'est normal. Mais il ne fait que remettre les choses à leur place, c'est à dire un tout petit doute sur la validité de l'accélération de l'expansion.
A noter qu'il y a quelques mois à peine, au CERN, une nouvelle particule de 750 GeV était "découverte" avec un indice statistique proche de 3 sigmas. Après vérifications si je ne m'abuse, il ne s'agit que d'une fluctuation et non d'une particule.
Il me semble qu'un tel doute, si minime soit-il, peut etre de nature à revoir nos "certitudes" de plus près.
Le problème se pose de savoir ce qui motive :
- la réévaluation des modèles de SNIA
- le mise de côté de l'accord avec l'analyse du CMB
- l'hypothèse d'inhomogénéité de l'univers (au delà de 10-5 au moment du découplage)
- l'hypothèse d'un l'écart au modèle des gaz parfaits de la matière baryonique qui n'a aucune base théorique
En gros on a un modèle simple (relativité générale + théorie quantique des champs) avec très peu de paramètres (Ωb=0,04 + ΩCDM=0,2) qui aboutit à un recoupement très propre, à un niveau carrément surprenant, sur des observables indépendantes (fluctuation de température du CMB, polarisation du CMB, oscillations acoustiques, SNIA). On a l'impression d'avoir compris quelque chose en cosmologie.
Et là, y'en a un qui se lève pour dire : oui, mais si on part sur des hypothèses nettement plus tordues, ça marche moins bien !
Certes, certe...
Dernière modification par Gilgamesh ; 28/10/2016 à 08h40.
Parcours Etranges
Oui le modele "actuel" semble parfaitement coller, mais il faut ajouter pour cela cette "energie sombre" dont on n'a pas le début du commencement d'une hypothèse de sa constitution concrète. Meme si l'énergie du vide est très intéressante, sa quantification totalement incohérente la décrédibilise beaucoup. Comment fonder un modele sur une grandeur physique dont on ne connait ni la nature ni sa mesure? Douter reste scientifiquement logique...
Vivement 2018 et le télescope James Webb qui permettra sans doute d'affiner ces mesures!...
La constante cosmologique correspond à un paramètre qui s'insère naturellement dans le formalisme de la relativité générale et elle a les caractéristiques attendues d'une énergie du vide (densité d'énergie positive, pression négative), qui est nativement prédite par le théorie quantique des champs. Elle est bien plus qu'une hypothèse ad hoc et on dispose d'un modèle phénoménologique pour expliquer sa nature. La cosmologie observationnelle permet de mesurer sa valeur. Le problème est le niveau d'énergie mesuré, qui est très bas par rapport aux prédictions natives de la théorie quantique des champs. Toutefois cette valeur basse est post-dite par un argument anthropique : un univers avec un cte cosmo à sa valeur typique ne pourrait pas abriter d'observateurs. Et par ailleurs, à son niveau élevé "typique", la cte cosmo correspond à ce dont on a besoin pour modéliser la phase inflationnaire et l'origine de la matière.
On a donc beaucoup plus que "le début du commencement d'une hypothèse" et le tableau d'ensemble commence même à devenir assez cohérent.
Dernière modification par Gilgamesh ; 28/10/2016 à 14h18.
Parcours Etranges
Tu ne peux pas affirmer cela. Cette phrase se contredit elle-même. Il ne colle au contraire pas vu qu'on doit justement rajouter de mystérieuses matières et énergies noires, dont on suppose des propriétés sans être sûr, afin d'être plus précis dans la modélisation du réel.
Je pense que c'est exactement le même processus que lorsque les scientifiques parlaient d’éther à l'époque. Leurs modèlent collaient "parfaitement", mais il fallait rajouter un mystérieux éther.
Et c'est justement pour cette raison à mon avis (Le modèle actuel ne colle pas aux précisions qu'on lui demande) qu'un grand panel de nouvelles théories émergent ces dernières années.
Ceci dit, juste un aparté, si la modération me le permet (sinon n'hésitez pas à supprimer cette partie, je n'en tiendrai rigueur à personne) :
Je suis ce forum et participe depuis très peu de temps, mais je suis très étonné des formulations péremptoires couramment usités ici.
D'autant plus (et ça a été le cas assez souvent dans le sujet que j'ai créé), lorsque ces dites affirmations au moins en partie fausses.
Ce forum étant à destination d'un public assez large, cela peut emmener beaucoup de confusion auprès de novices n'ayant pas beaucoup d'esprit critique.
Après, je me trompe sans doute sur la portée et l'objectif de ce forum.
Dernière modification par Rrixdeturcan ; 28/10/2016 à 14h03.
La modération permet... On se bat assez contre ce côté péremptoire et cette mécompréhension de la démarche scientifique qui ressort de l'opinion exprimée par pas mal de forumeurs.
Parcours Etranges
J'ai du mal m'exprimer mais c'est bien là ce que voulais dire, avec les pincettes. Ces "rajouts" de "noirceurs" sont bien là encore assez artificiellement et manquent encore d'observations plus solides, et ce n'est pas le lambda de la relativité générale qui peut les justifier vu les latitudes que cette constante (qui n'en est pas une) peut couvrir. Quelle que soit la topologie de l'univers ce formalisme restera valable, donc c'est un peu la meme problématique que la théorie des cordes: quasiment tout peut etre expliqué par ce modèle, donc forcément la réalité physique, mais aussi son contraire!....
La cohérence de l'ensemble ne garantit en rien de sa validité physique, ce n'est qu'une piste solide, intéressante et "plaisante", encore à confirmer. Il est bien dans la démarche scientifique que le nouveau léger doute émis aille dans le bon sens d'éviter de se focaliser sur des certitudes qui n'en sont pas encore.
L'analyse du CMB serait elle vraiment différente sans une accélération de l'expansion de l'univers?
A moment du découplage "l'énergie du vide" pouvait-elle etre une énergie significative? Si la faible inhomogénéité du CMB est justifiée par cette "énergie noire" ne devrait-on pas mesurer des variations de la constante de Hubble dans l'espace, et pas que dans le temps?
La matière baryonique et la matière noire me semblent en cause, et là non plus je ne vois pas de lien avec la phase accélératrice. L'inflation puis l'expansion de l'univers ne suffisent-elle pas, meme si aujourd'hui elles n'accéléraient plus?
Oui mais avec un lambda que l'on ajuste "ad-hoc" selon ce que l'on veut obtenir, le meme qui servit à Einstein pour obtenir une stabilité de l'univers, qui sert aujourd'hui à "justifier" une accélération de l'expansion, et qui collerait encore si l'univers se contractait, sans que l'on se sache jamais de quoi il s'agit. Je ne peux pas concevoir que l'on puisse se satisfaire d'avoir réellement compris quoi que ce soit en cosmologie là, il manque une brique importante encore.
@pascelus
Bonsoir,
Sans constante cosmologique, les solutions aux équations de Friedmann (donc à l'équation d'Einstein dans un univers homogène et isotrope à grande échelle) conduisent à une expansion décélérée depuis le big bang. L'introduction de la constante cosmologique est une nécessité pour rendre compte des observations, même si ce n'est pas la raison qui avait poussé initialement Einstein à ajouter cette constante à son équation (son hypothèse de l'époque, avant Hubble, était celle d'un univers statique).
Quelle que soit l'interprétation qu'on fait de cette constante (soit "à gauche" de l'équation, dans le terme décrivant la géométrie de l'espace-temps, soit "à droite" dans le terme décrivant les sources de masse-énergie conduisant à cette géométrie), elle est nécessaire pour rendre compte des observations. Le fait que cette constante doive être mise à droite de l'équation pour représenter l'énergie du vide n'est qu'une hypothèse, qui conduit à une catastrophe en termes d'ordre de grandeur, du moins dans l'état actuel de la théorie quantique. Mais cela ne remet pas en cause les observations, ça met simplement en évidence le fait que le cadre théorique actuel n'est pas définitif. Personne ne "s'en satisfait", sinon ça ne vaudrait pas la peine de continuer de chercher.
En attendant, on ne peut pas nier que le modèle LambdaCDM (je dis bien modèle et non théorie) permet de rendre compte de l'essentiel des observations avec une très grande précision (malgré quelques bémols, comme la nécessité d'une distribution de matière noire ad'hoc pour expliquer les courbes de rotation des galaxies spirales). L'existence d'un Lambda non nul et la nécessité de la présence de "quelque-chose" (CDM dans ce modèle) ne peuvent pas être remises en cause sans faire appel à une nouvelle théorie de la gravitation, dont la RG ne serait qu'une approximation.
En résumé : dans le cadre de la RG, la présence de Lambda dans l'équation est une nécessité, même si son interprétation comme énergie du vide est une hypothèse, peut-être la plus séduisante (à condition d'arriver à unifier la physique quantique et la RG).
Soit tu remets en cause ce cadre théorique, soit il faut accepter cette nécessité. Mais la RG ne dit rien sur l'origine de Lambda. La physique quantique non plus (ou pas de manière satisfaisante). Donc il y a encore du boulot pour les théoriciens. Là-dessus, je pense que tout le monde est d'accord...
Il n'est pas question de topologie là dedans... Et il est inutile de pontifier sur la valeur épistémologique des modèles, les cosmologistes sont un peu au courant.
L’analyse du CMB montre que l'univers est plat, mais que la densité de matière ne dépasse pas 0,25. Il faut le complément à 1, et il se trouve que la valeur 0,7 qu'on donne à la cte cosmo est raccord avec l'accélération mesurée.L'analyse du CMB serait elle vraiment différente sans une accélération de l'expansion de l'univers?A moment du découplage "l'énergie du vide" pouvait-elle etre une énergie significative? Si la faible inhomogénéité du CMB est justifiée par cette "énergie noire" ne devrait-on pas mesurer des variations de la constante de Hubble dans l'espace, et pas que dans le temps?
L'homogénéité ne s'explique pas par la valeur de la lambda, mais par la théorie de l'inflation.
Je ne comprend pas ta questionLa matière baryonique et la matière noire me semblent en cause, et là non plus je ne vois pas de lien avec la phase accélératrice. L'inflation puis l'expansion de l'univers ne suffisent-elle pas, meme si aujourd'hui elles n'accéléraient plus?
Evidemment qu'il manque des éléments d'explication.Oui mais avec un lambda que l'on ajuste "ad-hoc" selon ce que l'on veut obtenir, le meme qui servit à Einstein pour obtenir une stabilité de l'univers, qui sert aujourd'hui à "justifier" une accélération de l'expansion, et qui collerait encore si l'univers se contractait, sans que l'on se sache jamais de quoi il s'agit. Je ne peux pas concevoir que l'on puisse se satisfaire d'avoir réellement compris quoi que ce soit en cosmologie là, il manque une brique importante encore.
Mais le modèle plat ΛCDM est inaugural : c'est la première fois que la communauté scientifique dispose d'un modèle consensuel avec des paramètres mesurés avec une précision qui dépasse aujourd'hui le pourcent. Il y a encore vingt ans, rien n'était fixé, il fallait choisir dans quel modèle on travaillait (ouvert, fermé, h=0,5 ou h=1, etc)
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/10/2016 à 14h24.
Parcours Etranges
Merci pour ces explications. Aucun problème pour moi, hormis cette catastrophe à 10^120! Comment le "vulgum pecum" dont je fais partie peut-il comprendre que les théoriciens persistent dans une voie, si séduisante soit-elle, où la marge d'erreur est aussi colossale!? A partir de la tolérance de ce "détail", 3 ou 5 sigmas d'approximation, etre surs de l'accélération de l'expansion à 99.6% ou 99.99997%, à quoi bon s'y attarder évidemment....
A vrai dire les théoriciens semblent de toute façon avoir fini leur modèle; quoique les observations nous apprennent il leur suffira d'ajuster une constante, voire la rendre variable (ce qu'elle est déjà). La RG ne sera jamais remise en cause, son "flou" autorise tout. Le gros du boulot est plutôt affecté aux physiciens et à la précision de leurs instruments et observations pour matérialiser ces zones sombres.
Comme le montre la citation de mon post je répondais à Rrisdeturcan et ignorais qu'il était cosmologiste, toutes mes excuses, ..... les plus solennelles...
Vu le ton de certaines réponses, et surtout le fil en actualités, celui-ci est clos pour moi. Merci.
Ce n'est pas ça que je voulais dire.
Le but d'un modèle, basé sur une théorie (dans ce cas, la RG), est de décrire au mieux les observations. En soi, il n'y a pas de "flou" dans la RG. Simplement, elle ne dit rien, et ne le prétend pas, sur la nature des sources de la gravitation (et de la constante cosmologique), qu'elle ne décrit qu'au niveau macroscopique par leur densité de masse-énergie. Dans le cadre de cette théorie, le modèle LambdaCDM est aujourd'hui le meilleur, et il ne peut pas être remis en cause sans remettre également en cause la RG en tant que théorie "ultime" de la gravitation.
Mais ce n'est pas en niant ou en minimisant les résultats des observations qu'on peut bâtir un nouveau cadre théorique. Au contraire, les physiciens adeptes des théories de gravitation modifiée cherchent à expliquer les mêmes observations - même si c'est en faisant appel à d'autres ingrédients que ceux des tenants du modèle LambdaCDM. Quelle que soit la théorie, elle devra entre autres rendre compte de l'accélération de l'expansion (même si ce n'est pas avec le Lambda de la RG), à moins qu'il soit démontré que cette accélération n'existe pas. Mais ce n'est pas la publication à laquelle tu fais référence qui y suffira (voir les liens vers des réponses à cette publication, dans le fil d'actualités).
Pour en revenir à la RG, même si l'expansion n'était pas accélérée aujourd'hui, on aurait encore besoin d'une constante cosmologique non nulle (interprétée comme "énergie sombre" ou pas) pour expliquer qu'elle ne décélère pas - si elle décélérait, je suppose que cela aurait donné lieu à d'autres observations.
Cette constante fait partie de la RG, ce n'est pas un ajout ad'hoc (en revanche le fait de lui attribuer la valeur précise correspondant à un univers statique était ad'hoc, puisque la seule motivation d'Einstein pour ce faire était philosophique ; comme le fait de l'ignorer ou de lui attribuer une valeur nulle, juste parce qu'on ne sait pas expliquer son origine). On a aujourd'hui des moyens plus ou moins directs pour la mesurer, et il se trouve que ces mesures, de nature différente, concordent, et permettent d'attribuer une valeur très probable à Lambda.
En revanche (pour te prouver que je ne fais pas partie des forumeurs qui assènent des vérités de manière péremptoire), et même si ce n'est pas le sujet initial de cette discussion : je ne suis pas convaincu que l'explication des courbes de rotation des galaxies spirales par la présence d'un halo de matière noire, "simplement" constituée de particules massives interagissant faiblement, puisse se faire sans supposer une distribution ad'hoc de cette matière. Pour moi il reste donc des faiblesses dans le modèle LambdaCDM. Ce modèle est peut-être le meilleur dans le cadre théorique actuel (RG + physique quantique - encore que le problème de l'énergie du vide...), mais ses faiblesses peuvent être vues comme un signe que ce cadre devra être dépassé.
Bonjour,
Mesurés ou calculés d'après le modèle ?
La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.
Bonjour,Mesurés ou calculés d'après le modèle ?
C'est la même chose : je ne vois pas comment on peut effectuer une mesure (ni même ce qu'on pourrait bien mesurer) sans disposer d'un modèle.
C'est un peu court (... jeune homme !).
D'un côté, il est vrai que, sans hypothèses théoriques, on n'observe rien ; il n'y a donc que des observations indirectes : https://en.wikipedia.org/wiki/Theory-ladenness
Mais d'un autre côté, on peut se mettre d'accord entre gens raisonnables qu'il y a des observations plus directes que d'autres. Et on peut les classer en observations quasi-directes, assez directes (à partir d'hypothèses très consensuelles), déduites d'hypothèses plus ou moins controversées, déduites d'hypothèses plus ou moins spéculatives (exemple : théorie de l'inflation
C'est ainsi que la mesure par Hubble de la "constante" du même nom est plus directe que sa "mesure" à partir des mesures du CMB par Planck, analysées sous hypothèses lambdaCDM. On peut donc parler ici de test du modèle : les deux mesures sont-elles compatibles ?
La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.
Oui, pour préciser : le modèle ΛCDM est ce qu'on appelle un modèle d'ajustement.
Il existe un jeu de 6 paramètres du modèle ΛCDM permettant un ajustement parfait (écart réduit à quelque µK²) avec les mesures des fluctuation de température du CMB, reproduisant notamment les 7 pics du spectre des fluctuation. Sachant que la mission Planck a rempli son objectif d'effectuer la mesure parfaite et ultime des anisotropie de température aux échelles pertinentes.
Ωbh2 = 0.02230±0.00014, le ratio de la densité de baryons à la densité critique
Ωch2 =0.1188±0.0010, le ratio de la densité de matière noire froide à la densité critique
Ces deux paramètres sont indexés par h qui représente la valeur de la cte d'expansion avec H0 = h.100 km/s/Mpc.
Cela signifie que pour avoir la bonne valeur il faut diviser les valeurs ci dessus par le carré du h, qui est un paramètre calculé.
h= 0.6774±0.0046
Θ : taille angulaire de l'horizon sonore à l'émission du CMB. L'horizon sonore est la distance maximale parcourue par une onde sonore (cad une fluctuation de pression de la matière baryonique) entre le début de l'expansion et une époque donnée, ici la recombinaison à t=380 000 ans. La valeur de Θ détermine l'échelle angulaire sous laquelle sont vues les anisotropies de ce rayonnement de fond.
Ensuite un paramètre non cosmologique qui résulte de l'évolution de l'univers ultérieur.
τ = 0.066±0.012 : la profondeur optique de la diffusion Thomson à la réionisation. La profondeur optique est le logarithme naturel de la transmittance cad du rapport entre le flux entrant et le flux transmis. La diffusion Thomson est la diffusion d'un photon de faible énergie sur une particule chargée de matière au repos, généralement un électron libre. La réionisation est le moment où le gaz neutre constituant l'univers après l'émission du CMB est ionisé à nouveau par le rayonnement des premières étoiles, des premiers quasars, etc à la sortie des âges sombres. La présence d'électrons libres dans le milieu provoque une diffusion du rayonnement, le rayonnement primordiale est donc affecté par la traversé de ce milieu ionisé. L'impact est faible mais doit être pris en compte et le paramètre τ mesure l'importance de ce phénomène. Par ailleurs, ce paramètre est extrêmement intéressant pour ceux qui s'intéressent à la formation des structures tôt dans l'âge de l'univers.
Puis deux paramètres qui concernent les fluctuations primordiales de densité, avant qu'elles se propagent, cad au sortir de la phase inflationnaire. Ce sont ces fluctuations initiales qui durant 380 000 vont se contracter et rebondir, donnant naissance au spectre de fluctuation observé. On caractérisent les fluctuations initiales par une loi de puissance, ce qui nécessite deux paramètres : une amplitude de référence As, et un exposant ns (la pente logarithmique).
ns = 0.9667±0.0040 : l'indice spectrale de la loi de puissance des fluctuation de courbure. Dans le modèle de l'inflation cosmique, le champ qui provoque l'inflation de l'univers connait des fluctuation quantique de point en point, et une prédiction forte des modèles d'inflation les plus simples est que ces variations sont invariantes d'échelle. Si on prend une fluctuation qui se produit en dans un petit volume à une date t, elle va ensuite être amplifiée par l'inflation, et pendant ce temps d'autres fluctuations vont se produire et croître en taille après les premières, et ainsi de suite. De la sorte, au sortir de l'inflation l'écart à la moyenne mesuré entre deux points éloignés sur la voûte céleste sera le même qu'entre deux point plus proches. Si c'est strictement le cas, alors ns=1 (spectre dit de Harrison–Zel'dovich). Toutefois, l'inflation finit bien par cesser à un moment... Les dernières fluctuations a se produire le font alors que le champ est en train de décroître et ne sont pas amplifiée au même rythme que les plus anciennes. Ça se manifeste par un spectre de puissance inférieur à 1. L'ajustement de données de Planck exclu la valeur 1 à plus de 5 sigma. La valeur (1-ns) représente ainsi l'écart du spectre de fluctuations à l'invariance d'échelle.
As amplitude du spectre de puissance des fluctuation de courbure
ln(1010As) = 3.089±0.0036
Si on donne au modèle ces 6 valeurs, on obtient un ajustement parfait à la fois sur le spectre de température (T) mais aussi, ce qui est encore plus impressionnant, sur le spectre de corrélations température_polarisation (TE), ce qui n'avait vraiment rien d'évident au départ.
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/10/2016 à 15h56.
Parcours Etranges
Merci de me rajeunir ainsi (de quelques dizaines d'années)C'est un peu court (... jeune homme !
D'un côté, il est vrai que, sans hypothèses théoriques, on n'observe rien ; il n'y a donc que des observations indirectes : https://en.wikipedia.org/wiki/Theory-ladenness
Mais d'un autre côté, on peut se mettre d'accord entre gens raisonnables qu'il y a des observations plus directes que d'autres. Et on peut les classer en observations quasi-directes, assez directes (à partir d'hypothèses très consensuelles), déduites d'hypothèses plus ou moins controversées, déduites d'hypothèses plus ou moins spéculatives (exemple : théorie de l'inflation
C'est ainsi que la mesure par Hubble de la "constante" du même nom est plus directe que sa "mesure" à partir des mesures du CMB par Planck, analysées sous hypothèses lambdaCDM. On peut donc parler ici de test du modèle : les deux mesures sont-elles compatibles ?
En fait je n'ai pas eu le temps d'ajouter une précision à mon message précédent avant les 5 minutes fatidiques, et ensuite j'ai eu la flemme de le faire. Mais évidemment je m'attendais à une objection de ce genre.
Alors, raisonnons par l'absurde, en admettant que l'expansion est un fait confirmé par les observations (depuis Hubble), et que l'univers est bel et bien homogène et isotrope à grande échelle. Sans remettre en cause la RG, supposons que la constante cosmologique soit constamment nulle, et donc l'expansion toujours décélérée. Supposons aussi que les SN1a constituent d'honorables chandelles standard, en tout cas à condition de disposer d'un échantillon suffisamment important pour que leurs différences de luminosité soit statistiquement assez faibles.
Avec cet ensemble d'hypothèses (j'espère que tu les trouveras assez consensuelles), et le modèle d'univers auquel elles conduisent, que devrait-on obtenir lorsqu'on mesure la luminosité des SN1a et qu'on calcule leur distance selon ce modèle ?
Ben, une contradiction.
Selon ta classification, je pense qu'il s'agit d'une observation "assez directe", qui suffit à invalider le modèle en question. Mais comme ce modèle n'est qu'un cas particulier (la valeur nulle de la constante cosmologique n'étant qu'un cas particulier de l'équation d'Einstein), finalement cela ne fait que remettre les pendules à l'heure en mettant en évidence le rôle de cette constante, qui conduit selon les époques à une moindre décélération ou à une accélération de l'expansion.
Tu raisonnes un poil à l'envers.
Au départ, Λ est une paramètre qui ne repose sur aucune phénoménologie. C'est une ré-écriture de la relation fondamentale de la dynamique (RFD).
La RFD s'écrit :
F = ma
Einstein propose avec un certain culot d'ajouter une constante universelle à son modèle qui fonctionnait avec G et c. De la sorte, la RFD doit s'écrire
F = m(a - Λ)
ou, plus parlant:
a = F/m + Λ
quand le corps ne subit aucune force (F=0), il subsiste une accélération résiduelle. Bon, et puis c'est comme ça.
La théorie des champs permet d'expliciter le contenu physique de cette loi. Certe, pas dans les bons ordres de grandeur, parce que la fréquence de coupure jusqu'à laquelle on intègre l'énergie de point zéro est extrêmement élevée (fréquence de Planck). Mais elle introduit au moins un phénomène nécessaire, qui donne une valeur non nulle à Λ.
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/10/2016 à 16h16.
Parcours Etranges
Oui mais... Non je ne raisonne pas à l'envers.
Pour un quasi-profane (et j'insiste), expliciter une loi et donner un contenu physique à un de ses termes si crucial (cette énergie "sombre" est censée représenter la majeure partie de l'univers, ce n'est pas rien!... (et je ne dis pas ça pour vous agacer de "ma science de bistro")), avec un ordre de grandeur totalement erroné, cela entame sérieusement la crédibilité. Le "certe pas dans les bons ordres de grandeur" est peut etre vite balayé pour un scientifique pointu sur ce sujet, mais pas pour tout le monde.
C'est là mon seul raisonnement: tant que cette "chose" ne sera pas nettement moins sombre, elle restera sujette à doutes, si flatteuse soit-elle, si utile, indispensable soit-elle dans les équations.
Pourriez vous svp nous en dire plus sur ce qu'est "la fréquence de coupure" et pourquoi l'intégration devrait peut etre s'arréter avant pour chiffrer cette "énergie du vide"?
Tu apprends à l'école que :
F = GMM/R²
avec G une constante que tu admets. C'est une caractéristique de l'univers.
Disons que la ligne d'au dessus il y ait la RFD :
a = F/m + Λ
Λ>0 serait juste un terme d'accélération propre à la géométrie de l'espace, et il n'y aurait rien de plus à en dire que G.
Là on est dans la situation où on pensait que :
F = MM/R²
Et qu'en fait on s’apercevrait qu'il faut multiplier par une constante G différente de 1. Et alors on se demanderait pourquoi diable elle est différente de 1 ce qu'on ne fait pas aujourd'hui parce que la loi nous a été donnée nativement sous cette forme. Or, trouver ce qui donne sa valeur à G constitue un mystère nettement plus impénétrable que de trouver ce qui donne sa valeur à Λ, constante pour laquelle on dispose au moins d'une piste phénoménologique (l'énergie du vide).
C'est pour ça que cette opposition intellectuelle à l'énergie sombre ne relève pas vraiment du bon sens physique, àmha.
Prenons une boite fermée dont on chauffe les parois à la température T (un four). Il se remplit d'un rayonnement à l'équilibre thermique avec les parois. On a un gaz de photons à différentes fréquences, ou modes, et on veut connaitre la densité d'énergie totale.Pourriez vous svp nous en dire plus sur ce qu'est "la fréquence de coupure" et pourquoi l'intégration devrait peut etre s'arréter avant pour chiffrer cette "énergie du vide"?
La densité d'énergie par mode (cad par intervalle infinitésimal de fréquence ou pulsation) est :
avec ρ la densité d'énergie
hbar la cte de Planck/2π
c la vitesse de la lumière
ω la pulsation = 2πν (avec ν la fréquence)
Le premier terme entre crochet est le rayonnement du corps noir classique. Dans le vide, on pose T=0K, ne reste que le second terme. Pour connaitre la densité d'énergie électromagnétique du vide il ne reste plus qu'à intégrer cette quantité.
Mais quelles bornes d'intégrations choisir ? Pour la borne inférieure pas de soucis, c'est zéro. Mais quid de la borne supérieure ? On voit tout de suite qu'on est face à une divergence ultra-violette : si je fais tendre ωmax vers l'infini, la densité d'énergie fait de même. Physiquement, il doit donc exister une borne supérieure finie qui ait un sens physique, faute de quoi le vide aurait une densité d'énergie infinie, ce qui est absurde. On doit trouver ce qu'on appelle la fréquence de coupure, cad la fréquence la plus élevée qui ait physiquement du sens. Aujourd'hui la fréquence maximale qui ait un sens physique est l'inverse du temps de Planck. On la choisit donc classiquement comme fréquence de coupure, ce qui donne une quantité... planckienne.
~ 10113 J.m-3
Le même raisonnement peut être tenu pour chaque particule élémentaire, mais tu vois que le problème est déjà posé dans toute son intensité avec une seule. C'est le problème de la constante cosmologique. La résolution de ce problème peut se faire très simplement d'un simple point de vue formel, en limitant le nombre de modes qu'on intègre. Mais il faut le justifier théoriquement, et c'est là que le prochain prix Nobel est attendu.
Dernière modification par Gilgamesh ; 30/10/2016 à 07h57.
Parcours Etranges
Cette valeur est un peu élevée. (gros euphémismeT
)
C'est un peu comme si on avait l'énergie de l'univers entier (observable) concentré sur un seul point.
Ce qui parait logique d'une certaine manière, sinon peut-être que l'espace serait "écrasé sous le poids de l'univers" et pouf, plus d'univers.
De façon assez contre intuitive, c'est exactement l'inverse qui se passerait, s'il s'agit de vide.Cette valeur est un peu élevée. (gros euphémisme
C'est un peu comme si on avait l'énergie de l'univers entier (observable) concentré sur un seul point.
Ce qui parait logique d'une certaine manière, sinon peut-être que l'espace serait "écrasé sous le poids de l'univers" et pouf, plus d'univers.
Un volume sphérique de la taille d'un noyau de carbone à cette densité de matière, aurait une densité d'énergie et une pression positive, et la masse de l'univers et générerait une gravité positive. Si ce volume était environné de vide, oui il s'effondrerait. Ou plutôt, ayant déjà atteint la densité limite, il continuerait d'être ce qu'il est, la "singularité" d'un trou noir, avec un rayon d'horizon proche de la taille de l'univers.
Un volume sphérique de la taille d'un noyau de carbone à cette densité de vide, aurait une densité d'énergie positive mais une pression de même valeur absolue mais de signe négatif, il aurait la masse de l'univers mais générerait une gravité négative et entrerait en inflation. En quelques pouillèmes de nanoseconde, son volume excéderait celui de l'univers visible, et chaque volume élémentaire avec la même densité d'énergie et pression négative originelle, engendrerait à son tour, à chaque clin d’œil et en chacune de ses parties, des volumes grands comme des univers. Une fois lancé, le phénomène se poursuivrait à l'infini. En chaque point, la densité d'énergie serait soumis à des fluctuations quantiques, faisant varier le taux d'inflation en proportion. On pourrait choisir appeler "univers" chaque volume contigu de densité d'énergie courbure et taux d'expansion uniformes, et l'ensemble de tous ces univers formerait un "multivers" inflationnaire.
Dans cette immensité en inflation, une fluctuation d'amplitude extrême pourrait porter la densité du vide à presque rien, et l'énergie du vide irait dans les champs de matière, engendrant un big bang chaud.
Dernière modification par Gilgamesh ; 30/10/2016 à 19h21.
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