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Rapport volume vide/matière




  1. #1
    roro222

    Rapport volume vide/matière

    Bonjour

    Si nous prenons le volume de l'univers observable aujourd'hui, quel est le rapport occupé par le vide par rapport à celui occupé par la matière ?

    Bon, je sais qu'un atome n'a pas un volume réellement défini et que lui même est fait principalement de vide, mais faisons comme si

    -----

    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

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  3. #2
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Avec un ratio de densité baryonique à la densité critique de Ωb=0,0486, en imaginant que tout soit sous forme d'atome d'hydrogène de rayon atomique 53 pm, le ratio du volume atomique au volume total serait de l'ordre de 10-31.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 24/12/2017 à 18h14.
    Parcours Etranges

  4. #3
    phys4

    Re : Rapport volume vide/matière

    Bonjour,
    Il est bien difficile de répondre, car définir un rapport moyen signifie que les volumes existent simultanément, ce qui n'a pas grand sens pour tout l'univers.
    Au niveau galactique, l'existence des étoiles sur des millions d'années permet de définir un rapport moyen :
    disons qu'autour d'une galaxie, il existe un volume libre de 1 million d'Al de rayon soit 4.1018 AL3 de volume ou encore 4.1057 km3
    La matière de 100 milliards d'étoiles réduites au minimum, c'est à dire à la taille de naines ferait environ 4.1023 km3, en gardant le volume occupé par les électrons.
    Le rapport serait d'environ 1034.

    Vous pouvez augmenter ce rapport de 1 milliard si vous considérez une matière compactée à l'état de pulsars, avec des électrons combinés aux noyaux.
    Comprendre c'est être capable de faire.


  5. #4
    roro222

    Re : Rapport volume vide/matière

    Bonjour
    Merci de vos réponses
    Donc, si je comprend bien
    Si l'on rassemblais toute la matière connue (exit la matière noire) dans un seul astre de densité pulsar le ratio serait de 1043

    Allons plus loin
    Si l'on rassemblais toute cette matière dans un seul trou noir
    Quel serait à nouveau se rapport ?
    Volume du trou noir/ volume univers observable
    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

  6. #5
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Bonjour
    Merci de vos réponses
    Donc, si je comprend bien
    Si l'on rassemblais toute la matière connue (exit la matière noire) dans un seul astre de densité pulsar le ratio serait de 1043

    Allons plus loin
    Si l'on rassemblais toute cette matière dans un seul trou noir
    Quel serait à nouveau se rapport ?
    Volume du trou noir/ volume univers observable
    On peut raisonner à l'échelle de l'horizon des particules, dont le rayon est de l'ordre de Rh=46 Gly.

    La masse baryonique enclose dans cet horizon est M = 3,2.1053 kg.

    Quel est le rayon de Schwarzschild d'un trou noir de masse M ?

    Rs = 2GM/c2
    avec
    G la cte de gravité
    c la vitesse de la lumière
    Rs = 51 Gly

    soit un ratio Rs/Rh = 1,09

    Autrement dit, un trou noir qui engloutirait toute la masse baryonique de l'univers serait 9% plus grand que l'univers. Par rapport à ce qui précède tu peux te demander comment c'est possible, puisque le trou noir est censément la forme la plus compacte que peut adopter la matière. Mais en fait, la réalité est plus subtile. Le rayon de Schwarzschild du trou noir, comme tu peux le lire dans la formule ci-dessus est directement proportionnel à sa masse Rs~M, tandis que le volume du trou noir augmente comme Rs3.

    En conséquence de quoi, la densité diminue comme 1/M2.

    Bien entendu, il s'agit d'une densité moyenne sous horizon. Tout ce volume est en fait essentiellement vide, et en toutes hypothèses la matière se rassemble en une concentration de masse dont l'état physique échappe encore aux théories actuelles, mais dont on peut supposer raisonnablement que la densité avoisine la densité de Planck

    ρP = c5/(ℏ G2) ~ 5.1096 kg/m3

    avec ℏ la cte de Planck réduite
    Dernière modification par Gilgamesh ; 24/12/2017 à 11h34.
    Parcours Etranges

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    roro222

    Re : Rapport volume vide/matière

    Densité de Plank = 5X1096 kg/m3 = 5X1087 g/cm3
    Densité univers = 10-31 g/cm3
    Ratio matière pleine/vide =1/5X10118
    (On enlève tout le vide, même celui à l'intérieur des atomes)
    Mon calcul de ratio est t'il bon ?
    Je mis perd dans ces calculs de puissances
    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

  9. #7
    phys4

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Densité de Plank = 5X1096 kg/m3 = 5X1087 g/cm3
    On n'a jamais dit que la densité de Planck pouvait correspondre à une densité de la matière.
    Si vous comparez aux résultats précédents pour divers états de la matière, vous voyez que non.
    Comprendre c'est être capable de faire.

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  11. #8
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Densité de Plank = 5X1096 kg/m3 = 5X1087 g/cm3
    Densité univers = 10-31 g/cm3
    Ratio matière pleine/vide =1/5X10118
    (On enlève tout le vide, même celui à l'intérieur des atomes)
    Mon calcul de ratio est t'il bon ?
    Je mis perd dans ces calculs de puissances
    Si on mettait toute la matière baryonique à la densité de Planck, le ratio serait de 10-124, mais comme il vient d'être précisé, on ne peut pas dire que la matière ordinaire est à la densité de Planck. Le fait de calculer un ratio avec les volumes atomiques a un sens physique : ça donne une idée, même approximative, de la section efficace moyenne de la matière ordinaire. A la densité de Planck je ne vois pas trop quel sens physique donner à ce résultat.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 24/12/2017 à 18h17.
    Parcours Etranges

  12. #9
    roro222

    Re : Rapport volume vide/matière

    Bon Noël à tous

    le ratio serait de 10-124,
    Donc le rapport vide sur non vide est 10-124
    Est-ce bien ça ?
    Dernière modification par roro222 ; 25/12/2017 à 10h23.
    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

  13. #10
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Bon Noël à tous


    Donc le rapport vide sur non vide est 10-124
    Est-ce bien ça ?
    Non.

    A la base le paradigme de vide opposé à plein, de non-vide, a disparu des écrans de la physique, ce qui fait que ta question ne renvoie pas à une notion bien définie. La matière, c-à-d le plein, se conçoit en théorie quantique des champs comme un état excité du vide. Il n'y a plus de différence de nature entre "vide" et "plein", uniquement une différence de niveau d'énergie. La place qu'occupe la matière n'est donc pas une notion univoque et simple à définir, cela dépend déjà du niveau de granularité que l'on considère. Si on considère une granularité de niveau atomique, un calcul élémentaire donne la première réponse qui t'a été donnée. Il ne faut pas insister pour essayer donner un sens plus ultime à ta question, car non seulement on ne connait pas la réponse ultime mais il est plus que probable que la question n'ait pas de sens. Les particules élémentaires n'ont pas de volume propre défini. Même si on se place dans un cadre plus fondamental comme celui des supercordes, on ne définit pas le volume propre de ces objets fondamentaux, on considère uniquement l'espace temps qu'ils balayent de façon probabiliste en se déplaçant.

    Le calcul que j'ai donné correspond à un situation tout à fait fictive et se base sur des hypothèses encore discutées : si toute la matière de l'univers était concentré dans une singularité centrale (situation fictive) et que la densité centrale des trou noirs était la densité de Planck (hypothèse discutée) alors le ratio de "plein" sur "vide" à ce niveau de granularité ultime serait de 10-124. En plus d'être encore hypothétique, ce chiffre se base sur le volume de l'univers dans sa taille actuelle, il n'a donc pas de valeur universelle.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 27/12/2017 à 12h52.
    Parcours Etranges

  14. #11
    roro222

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Il n'y a pas de différence de nature entre "vide" et "plein", uniquement une différence de niveau d'énergie.
    Peut t'on considérer le plein ou cette différence de niveau d'énergie comme de l'espace-temps concentré comparé au vide ou l'espace-temps serait déconcentré ou dilué ?
    Dernière modification par roro222 ; 25/12/2017 à 19h44.
    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

  15. #12
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Peut t'on considérer le plein ou cette différence de niveau d'énergie comme de l'espace-temps concentré comparé au vide ou l'espace-temps serait déconcentré ou dilué ?
    Non, vraiment pas.
    Parcours Etranges

  16. #13
    curiossss

    Re : Rapport volume vide/matière

    Bonjour,

    J'ai envie de rebondir sur cette question en posant une question légèrement différente :
    Au rythme actuel d'expansion combien de temps faudra-t-il pour que le rapport des volumes Matière/Vide soit divisé par 2 ?

    Pour cadrer les idées. Car on a beau lire que l'univers se 'dilate' on ne 'voit' pas de combien...

    Merci.

  17. #14
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par curiossss Voir le message
    Bonjour,

    J'ai envie de rebondir sur cette question en posant une question légèrement différente :
    Au rythme actuel d'expansion combien de temps faudra-t-il pour que le rapport des volumes Matière/Vide soit divisé par 2 ?

    Pour cadrer les idées. Car on a beau lire que l'univers se 'dilate' on ne 'voit' pas de combien...

    Merci.
    Si on se réfère au volume atomique de la matière baryonique, qui est constant, cela revient simplement à se demander en quelle durée le volume de l'univers augmentera d'un facteur 2.
    Pour cela il faut que le facteur d'échelle augmente d'un facteur ~ 1,26

    Pour calculer ça on peut se référer à ce fil, où je propose un petit calculateur cosmologique.
    http://forums.futura-sciences.com/as...de-hubble.html

    Pour a allant de 1 (aujourd'hui) à 1,26 je trouve t = 1,76 milliards d'années.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 27/12/2017 à 12h49.
    Parcours Etranges

  18. #15
    ID123

    Re : Rapport volume vide/matière

    voilà qui est intéressant ! Celà veut dire, grosso-modo, que depuis que notre bonne vielle Terre existe, l'univers a vu son volume multiplié par 8 (ou son rayon doubler).
    jacknicklaus

  19. #16
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par ID123 Voir le message
    voilà qui est intéressant ! Celà veut dire, grosso-modo, que depuis que notre bonne vielle Terre existe, l'univers a vu son volume multiplié par 8 (ou son rayon doubler).
    Pour t=9,25 Ga (âge de l'univers à la formation de la Terre), j'ai a=0,705 soit un univers 1/a3 ~ 3 fois plus petit en volume.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 27/12/2017 à 16h55.
    Parcours Etranges

  20. #17
    roro222

    Re : Rapport volume vide/matière

    Il faut tenir compte de l’augmentation de l'accélération
    Le nombre d'imbéciles est incalculable,il y a de fortes probabilités que j'en suis

  21. #18
    Gilgamesh

    Re : Rapport volume vide/matière

    Citation Envoyé par roro222 Voir le message
    Il faut tenir compte de l’augmentation de l'accélération
    C'est ce que fait le petit algo que j'ai proposé. On intègre par petit incrément en changeant à chaque fois la valeur de H en fonction de la densité des différents fluides de l'univers (rayonnement, matière, cte cosmo).
    Dernière modification par Gilgamesh ; 27/12/2017 à 16h57.
    Parcours Etranges

  22. #19
    inedit2

    Re : Rapport volume vide/matière

    Pour répondre au primo postant: on parle des vaisseaux Voyagers.
    Pardon, c'est du google traduction:

    Lorsque le vaisseau spatial sortira, il pénétrera d'abord dans une région de gaz chaud qui entoure le système solaire à au moins 10 années-lumière dans toutes les directions depuis le Soleil et qui contient nos étoiles les plus proches comme Alpha Centauri et Sirius. Nous avons pu mesurer la température du nuage (environ 12 000 ° C) et sa densité, environ 100 000 atomes par mètre cube (1,6 atome par pouce cube).
    Puisque le Soleil se déplace dans le nuage, nous observons le gaz qui traverse le système solaire. Il faudra plus de 200 000 ans à Voyager 1 pour quitter ce nuage, mais quand il le fera, il entrera dans une région de température beaucoup plus élevée et de densité beaucoup plus faible, une bulle de vide très fin dans l'espace. La bulle s'étend sur au moins 100 années-lumière dans toutes les directions autour du plus petit nuage "chaud".
    Ce sera des millions d'années jusqu'à ce que le Voyager quitte la bulle et pénètre dans une autre zone de gaz interstellaire plus dense. Les températures élevées dans la bulle - plus de 10 000 ° C - ne constituent aucune menace pour le vaisseau spatial (qui aura cessé de fonctionner plusieurs centaines de milliers d'années plus tôt) parce que le gaz est un vide presque parfait.
    Il y a moins de 10 atomes par mètre cube (1 atome en 6100 pouces cubes) dans la bulle. Même si la température du gaz est de un million de degrés, l'énergie que le gaz transmet au vaisseau spatial sera rapidement rayonnée dans l'espace. Le plus grand danger pour l'engin spatial dans l'espace interstellaire sera celui d'avoir trop froid.

    Source: https://www.hq.nasa.gov/office/pao/H...177/ch4-6.html
    Dernière modification par inedit2 ; 27/12/2017 à 18h12.
    A bientôt

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