Problème de l´horizon: quel problème?

[harzoglups]

Bonjour à tous,

Novice en la matière, après de nombreuses recherches - mais peut-être ne suis-je pas doué - je ne comprends toujours pas où est véritablement le problème en question.

Je m´explique:

Le problème est souvent abordé en prenant un point A à la limite de l´univers observable donc à 14 milliards d´année lumière (enfin 46 si on prend en compte l´expansion de l´univers depuis que la lumière à été émise mais gardons 14).
Un point B diamétralement opposé est donc distant de A de 28 milliards d´a/l.
A et B n´ont donc jamais pu échanger de lumière et donc d´information puisque l´âge de l´univers (~14 milliards d´année) ne suffit pas à cette dernière à parcourir la distance entre A et B.

Sauf que lumière n´a commencé à pouvoir ¨s´échapper¨ qu´à partir de 380000 ans après le Big Bang.

Donc mon interprétation de l´affirmation précédente est: 380000 ans après le Big Bang il existe 2 points A et B qui du fait de leur distance à cette date et de l´expansion de l´univers n´ont pas eu l´occasion d´échanger d´information après cette date.

Mais avant? Qu´est-ce qui les en empêchait?
Ok la lumière ne pouvait circuler librement mais une information à priori oui - laquelle me direz vous...

De plus l´univers observable étant de taille fini, la théorie du Big Bang et la relativité générale - si j´ai bien compris - impliquent que ce dernier était une singularité au commencement et donc de facto A et B ont échangé de l´information.


Merci par avance pour vos éclaircissements!
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[phys4]

Un point B diamétralement opposé est donc distant de A de 28 milliards d´a/l.
A et B n´ont donc jamais pu échanger de lumière et donc d´information puisque l´âge de l´univers (~14 milliards d´année) ne suffit pas à cette dernière à parcourir la distance entre A et B.

Bonjour, l'erreur se trouve dans la première phrase ci-dessus: pour trouver la distance de A et B qui émettent, vous ne pouvez pas ajouter les distances que nous voyons actuellement au point où nous sommes.
La distance entre A et B était très petite, moins de de 2 fois 380 000 a-l par exemple.

[harzoglups]

Bonjour, l'erreur se trouve dans la première phrase ci-dessus: pour trouver la distance de A et B qui émettent, vous ne pouvez pas ajouter les distances que nous voyons actuellement au point où nous sommes.
La distance entre A et B était très petite, moins de de 2 fois 380 000 a-l par exemple.

Merci pour la réponse mais au delà d´une potentielle erreur de calcul je ne comprends toujours pas en quoi cela empêche A et B de s´être échangé de l´information avant les 380000 ans sachant qu´a un momemt donné A et B devait être ¨infiniment proche¨ au tout début du Big Bang.

Cela dit pour revenir au calcul, si A à émis de la lumière il y a 14 milliards d´années et capté de nos jour, A se trouve aujourd´hui à ~46,5 milliards d´années lumière (https://fr.wikipedia.org/wiki/Univers_observable#Taille)
Un points B ayant émis au même moment mais partit en direction opposée se trouve aussi à 46,5
Donc A et B sont aujourd´hui distant de 93 milliards d´a/l non?
J´avais choisis de garder 14 et 28 pour simplifier mais mon propos sur le problème de l´horizon me semble toujours valide. Bien que je me doute qu´il a un plomb dans l´aile que je suis infichu de trouver!

[ansset]

bjr, une citation de "astronome.com" sur l'âge sombre ( donc avant la recombinaison des 380 000 ans )

"Avant cette époque, protons et électrons sont libres et les atomes ne peuvent pas exister. Si par hasard un proton et un électron se rencontrent et s’associent pour former un atome, leur liaison est immédiatement détruite par un photon. Pour cette même raison, les photons, qui sont rapidement absorbés par ces atomes éphémères, ont une durée de vie très courte. Ils n’ont donc guère le temps de se déplacer, ce que l’on exprime en disant que l’Univers leur est opaque."

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

Par ailleurs, il faudrait préciser par ce que tu entends par A et B ?
qui sont ils, puisqu'il n'existe même pas d'atomes stables dans cette période pré-recombinaison. ?
c'est de la "bouillie" de photons, d'électrons, de quarks, etc ….

[Lansberg]

Bonsoir,

Sauf que lumière n´a commencé à pouvoir ¨s´échapper¨ qu´à partir de 380000 ans après le Big Bang.

C'est un phénomène progressif en réalité, qui commence avant et qui s'étale sur plusieurs milliers d'années. L'univers devient progressivement "transparent". Cette lumière "libérée" il y a 380 000 ans correspond à celle émise par la surface de dernière diffusion et qui s'observe aujourd'hui sous la forme du fond diffus cosmologique (CMB en anglais !). Les régions de l'espace qui ont émis cette lumière que nous recevons maintenant étaient à 41 millions d'années-lumière de nous au moment de l'émission.

Donc mon interprétation de l´affirmation précédente est: 380000 ans après le Big Bang il existe 2 points A et B qui du fait de leur distance à cette date et de l´expansion de l´univers n´ont pas eu l´occasion d´échanger d´information après cette date.

Difficile de discuter de ça sans données précises. On trouvera toujours des points de l'espace qui n'ont jamais échangé d'information et qui ne le feront jamais. D'un autre côté, ce n'est pas parce que deux points n'ont jamais échangé d'information qu'ils ne pourront pas le faire dans le futur. Ce n'est pas non plus parce que deux points se fuient avec une vitesse de récession supérieure à celle de la lumière, qu'ils ne peuvent pas, à un moment donné, recevoir chacun, la lumière de l'autre. Par exemple, les régions de l'espace qui ont émis cette fameuse lumière 380 000 ans après le bigbang (que nous recevons sous la forme du fond diffus cosmologique) nous fuyaient avec une vitesse largement supérieure à celle de la lumière (50 fois si je ne fais pas d'erreur) et nous fuient toujours avec une vitesse supérieure à celle de la lumière. Pourtant la lumière émise nous parvient.

De plus l´univers observable étant de taille fini, la théorie du Big Bang et la relativité générale - si j´ai bien compris - impliquent que ce dernier était une singularité au commencement et donc de facto A et B ont échangé de l´information.

L'univers observable, ce n'est pas l'univers dans son ensemble. Quelle est la question derrière ce problème d'échange d'information ?

[harzoglups]

Quelle est la question derrière ce problème d'échange d'information ?

Il me semblait que le problème de l´horizon venait de cette absence d´échange d´information (tranfert thermique par exemple?): sans échange on ne peut expliquer l´homogénéité apparente de l´univers.

Par ailleurs, il faudrait préciser par ce que tu entends par A et B ?
qui sont ils, puisqu'il n'existe même pas d'atomes stables dans cette période pré-recombinaison. ?
c'est de la "bouillie" de photons, d'électrons, de quarks, etc ….

Je pensais à 2 points quelconques de l´espace. L´univers - observable tout du moins - ayant été à un moment une singularité ou quelque chose de très petit, pourquoi la ¨bouillie¨ ne serait-elle pas homogène?

[pm42]

Il me semblait que le problème de l´horizon venait de cette absence d´échange d´information (tranfert thermique par exemple?): sans échange on ne peut expliquer l´homogénéité apparente de l´univers.

C'est pour cela qu'on a fait la théorie de l'inflation : l'Univers était très petit, il a augmenté énormément de taille en très peu de temps ce qui explique pourquoi la partie qu'on observe est homogène : https://fr.wikipedia.org/wiki/Inflation_cosmique

Je pensais à 2 points quelconques de l´espace. L´univers - observable tout du moins - ayant été à un moment une singularité ou quelque chose de très petit, pourquoi la ¨bouillie¨ ne serait-elle pas homogène?

Voir ci-dessus, c'est exactement ça.

[harzoglups]

C'est pour cela qu'on a fait la théorie de l'inflation : l'Univers était très petit, il a augmenté énormément de taille en très peu de temps ce qui explique pourquoi la partie qu'on observe est homogène : https://fr.wikipedia.org/wiki/Inflation_cosmique

Voir ci-dessus, c'est exactement ça.

Mais justement, ce que je n´arrive pas a saisir c´est pourquoi on à besoin de cette inflation!
Sans elle l´univers observable a de toute façon été très petit et pourquoi donc n´a-t-il pas pu s´homogénéiser sans inflation???

[Lansberg]

Aujourd'hui on observe un univers à grande échelle homogène dans toutes les directions. Comment des régions qui n'ont jamais pu "échanger" de l'information à cause des distances qui les séparent peuvent avoir les mêmes caractéristiques. L'image la plus ancienne qui nous est donnée d'observer est celle du CMB.
380 000 ans après le bigbang, l'univers est déjà homogène aux minimes fluctuations près, qui expliquent la formation des grandes structures (galaxies et amas de galaxies). Sa géométrie est euclidienne : espace-temps plat, ce qui est pour le moins étrange car l'univers doit avoir une densité précise pour ça. Par quel "miracle" cela a-t-il pu se produire ? Un scénario classique (dit de bigbang chaud) ne permet pas d'expliquer ces observations, sinon à supposer des conditions initiales drastiques peu satisfaisantes intellectuellement.
C'est là que le scénario de l'inflation entre en jeu.
"L'idée de l'inflation est de supposer que la région que nous voyons de l'univers, qui s'étale aujourd'hui sur plusieurs dizaines de milliards d'années lumière ait été à un moment donné suffisamment petite pour avoir eu le temps de s'uniformiser à l'époque, puis ait subi une phase d'expansion brève mais suffisamment violente pour lui faire atteindre une taille beaucoup plus grande que celle de l'univers observable." (source : www.public.planck.fr)
La théorie de l'inflation prédit une expansion de l'univers exponentielle pendant une durée très courte de l'ordre de 10^-33s rendant l'univers homogène, isotrope et plat. Elle prédit également des fluctuations de densité d'origine quantique responsables de la formation des grandes structures. Enfin, elle prédit l'existence d'ondes gravitationnelles primordiales d'origine quantique.
Les observations du CMB par les satellites WMAP et Planck sont venues confirmer l'homogénéité, la platitude et les fluctuations de densité primordiales de l'univers. Il faudra encore attendre pour les ondes gravitationnelles.

[harzoglups]

Un scénario classique (dit de bigbang chaud) ne permet pas d'expliquer ces observations, sinon à supposer des conditions initiales drastiques peu satisfaisantes intellectuellement.

C'est précisémment sur ce point que je bute.
Au moins pour la partie homogénéité, la platitude je n'ai pas encore cherché à comprendre

La théorie "classique"sans inflation prévoit bien une singularité (si on s’arrête a la relativité générale) ou tout du moins un univers observable extrêmement petit?
Et donc dans ma tête à ce moment toute ces particules peuvent s'entrechoquer à loisirs et une température homogène me semble plutôt naturelle.

L'idée de l'inflation est de supposer que la région que nous voyons de l'univers, qui s'étale aujourd'hui sur plusieurs dizaines de milliards d'années lumière ait été à un moment donné suffisamment petite pour avoir eu le temps de s'uniformiser à l'époque,

C'est peut-être la que je me fourvoie: sans inflation, le Big Bang et la relativité ne prévoientt pas de singularité ? Donc d'univers suffisamment petit?
Que prévoit alors cette théorie "classique"?

[pm42]

La théorie "classique"sans inflation prévoit bien une singularité (si on s’arrête a la relativité générale)

Pas vraiment. Singularité = on a poussé la théorie trop loin en gros.

ou tout du moins un univers observable extrêmement petit?

Oui mais pas assez pour qu'il ait le temps de s'homogénéiser sans inflation.

Et donc dans ma tête à ce moment toute ces particules peuvent s'entrechoquer à loisirs et une température homogène me semble plutôt naturelle.

Tu supposes que tout s'homogénéise vite. Pourquoi ?

A un moment, ta vision intuitive basée sur ton expérience quotidienne ne fonctionne pas. Les problèmes de la théorie sans inflation ne sont pas apparus quand on a "réfléchi à voix haute" mais parce que des gens ont fait des calculs sur des modèles.

[Lansberg]

La théorie "classique"sans inflation prévoit bien une singularité (si on s’arrête a la relativité générale) ou tout du moins un univers observable extrêmement petit?
Et donc dans ma tête à ce moment toute ces particules peuvent s'entrechoquer à loisirs et une température homogène me semble plutôt naturelle.

L'inflation ne remet pas en cause le fait que les distances entre les points de l'univers tendent vers 0 quand on se rapproche du bigbang. Ce qui pose problème, c'est ce qu'on observe avec le fond diffus cosmologique (lumière émise 380000 ans après le bigbang). Quand on mesure la température d'un point A et celle d'un point B diamétralement opposé, on ne trouve pas de différence supérieure à 10^-5 K alors qu'en principe ces deux points, selon la théorie "classique" (bigbang chaud) n'ont jamais pu être en contact causal (ils sont séparés par plus de 80 millions d'années lumière).

C'est ce que montre le schéma suivant sur lequel on voit les cônes de lumière passés (en bleu) des points A et B. Ils ne se chevauchent pas quand on remonte au bigbang :



Comment se fait-il que ces deux zones qui semblent causalement déconnectées aient la même température ?

C'est là qu'intervient l'inflation qui est une phase brutale d'expansion exponentielle de l'univers (ce que ne prévoit pas la théorie classique). Les points A et B étaient en fait assez proches dans l'univers primordial pour avoir été causalement liés (les cônes de lumière se chevauchaient). L'inflation les a séparés mais ne leur a pas fait perdre leur caractéristique d'où l'homogénéité observée.
L'inflation a finalement gommée les éventuelles inhomogénéité de l'univers primordial (avant 10^-35 s !!) tout en le rendant "plat". 380 000 ans plus tard, on a un univers très homogène avec des fluctuations minimes se traduisant par des surdensités et des sous densités qui seront à l'origine de la formation des grandes structures.

[harzoglups]

A un moment, ta vision intuitive basée sur ton expérience quotidienne ne fonctionne pas. Les problèmes de la théorie sans inflation ne sont pas apparus quand on a "réfléchi à voix haute" mais parce que des gens ont fait des calculs sur des modèles.

Je suppose qu´on atteint les limites de la vulgarisation, j´abdique

[harzoglups]

L'inflation ne remet pas en cause le fait que les distances entre les points de l'univers tendent vers 0 quand on se rapproche du bigbang. Ce qui pose problème, c'est ce qu'on observe avec le fond diffus cosmologique (lumière émise 380000 ans après le bigbang). Quand on mesure la température d'un point A et celle d'un point B diamétralement opposé, on ne trouve pas de différence supérieure à 10^-5 K alors qu'en principe ces deux points, selon la théorie "classique" (bigbang chaud) n'ont jamais pu être en contact causal (ils sont séparés par plus de 80 millions d'années lumière).

C'est ce que montre le schéma suivant sur lequel on voit les cônes de lumière passés (en bleu) des points A et B. Ils ne se chevauchent pas quand on remonte au bigbang :

Pièce jointe 370408

Comment se fait-il que ces deux zones qui semblent causalement déconnectées aient la même température ?

C'est là qu'intervient l'inflation qui est une phase brutale d'expansion exponentielle de l'univers (ce que ne prévoit pas la théorie classique). Les points A et B étaient en fait assez proches dans l'univers primordial pour avoir été causalement liés (les cônes de lumière se chevauchaient). L'inflation les a séparés mais ne leur a pas fait perdre leur caractéristique d'où l'homogénéité observée.
L'inflation a finalement gommée les éventuelles inhomogénéité de l'univers primordial (avant 10^-35 s !!) tout en le rendant "plat". 380 000 ans plus tard, on a un univers très homogène avec des fluctuations minimes se traduisant par des surdensités et des sous densités qui seront à l'origine de la formation des grandes structures.

Merci pour tout ces détails, cependant ton image n´est pas visible (lien invalide)

Merci à tous pour vos réponses!

[Lansberg]

Le voici :

[harzoglups]

Toujours ce message:
¨Pièce jointe spécifié(e) non valide. Si vous suivez un lien valide, veuillez notifier l'administrateur¨

Cela dit je crois que je viens de voir la lumière avec ce billet et la petite courbe qui va bien:
https://sciencetonnante.wordpress.co...les-inflation/

[f6bes]

Toujours ce message:
¨Pièce jointe spécifié(e) non valide. Si vous suivez un lien valide, veuillez notifier l'administrateur¨

Bsr à toi, C'est tout à fait normal...tu ne pourras voir l'image QUE lorsqu'un un modérateur l'aura...valider !
C'est écrit en toute lettre " "...en ATTENTE de validation."
bonne soirée

[0577]

Bonjour,

Sans elle l´univers observable a de toute façon été très petit et pourquoi donc n´a-t-il pas pu s´homogénéiser sans inflation???

lorsqu'on remonte le temps, l'univers observable est en effet de plus en plus petit mais le temps laissé pour l'homogénéisation ("temps depuis la singularité") est lui aussi de plus en plus petit, et puisque la vitesse des interactions est bornée par la vitesse de la lumière, la distance typique à laquelle une homogénéisation peut se produire devient également de plus en plus petite. La taille de l'univers observable et la taille à laquelle il peut être homogène tendent toutes les deux vers zéro. La question de la comparaison, i.e. du rapport de ces deux tailles, est donc subtile. Il résulte des équations de la relativité générale (limites de la vulgarisation évoquées plus haut) que la taille à laquelle l'univers peut être homogène tend vers zéro beaucoup plus rapidement que la taille de l'univers observable. Même si la taille de l'univers observable tend vers zéro, le rapport de la taille de l'univers observable sur la taille à laquelle il peut être homogène tend vers l'infini: le "problème de l'horizon" devient de plus en plus difficile à résoudre lorsque l'univers est de plus en plus petit. C'est une conséquence directe du fait que la singularité du big-bang est un "bang": le taux d'expansion y tend vers l'infini.


Une estimation à la louche. Faisons l'hypothèse que l'univers "commence" par une phase planckienne, à température de Planck (10^32K), au temps de Planck (10^(-43)s) et donc avec une distance d'homogénéisation donnée par la longueur de Planck (10^(-35)m). Aujourd'hui, la température (du fond diffus cosmologique) est de l'ordre de 1K (2,7K) et l'univers observable a une taille de l'ordre de 10 milliards d'années-lumière (je ne suis pas à un facteur 10 près), i.e. en gros 10^26 m. Au cours de l'expansion, la température décroît inversement proportionnellement au facteur d'échelle. Entre aujourd'hui et la phase planckienne, la température est multipliée par 10^32 et donc les distances sont divisées par 10^32, ce qui donne pour l'univers observable d'aujourd'hui une taille de (10^26)/(10^32)=10^(-6)m, ce qui est 10^(-6)/10^(-35)=10^29 fois plus grand que la distance d'homogénéisation donnée par la longueur de Planck.

[harzoglups]

Bonjour,



lorsqu'on remonte le temps, l'univers observable est en effet de plus en plus petit mais le temps laissé pour l'homogénéisation ("temps depuis la singularité") est lui aussi de plus en plus petit, et puisque la vitesse des interactions est bornée par la vitesse de la lumière, la distance typique à laquelle une homogénéisation peut se produire devient également de plus en plus petite. La taille de l'univers observable et la taille à laquelle il peut être homogène tendent toutes les deux vers zéro. La question de la comparaison, i.e. du rapport de ces deux tailles, est donc subtile. Il résulte des équations de la relativité générale (limites de la vulgarisation évoquées plus haut) que la taille à laquelle l'univers peut être homogène tend vers zéro beaucoup plus rapidement que la taille de l'univers observable. Même si la taille de l'univers observable tend vers zéro, le rapport de la taille de l'univers observable sur la taille à laquelle il peut être homogène tend vers l'infini: le "problème de l'horizon" devient de plus en plus difficile à résoudre lorsque l'univers est de plus en plus petit. C'est une conséquence directe du fait que la singularité du big-bang est un "bang": le taux d'expansion y tend vers l'infini.


Une estimation à la louche. Faisons l'hypothèse que l'univers "commence" par une phase planckienne, à température de Planck (10^32K), au temps de Planck (10^(-43)s) et donc avec une distance d'homogénéisation donnée par la longueur de Planck (10^(-35)m). Aujourd'hui, la température (du fond diffus cosmologique) est de l'ordre de 1K (2,7K) et l'univers observable a une taille de l'ordre de 10 milliards d'années-lumière (je ne suis pas à un facteur 10 près), i.e. en gros 10^26 m. Au cours de l'expansion, la température décroît inversement proportionnellement au facteur d'échelle. Entre aujourd'hui et la phase planckienne, la température est multipliée par 10^32 et donc les distances sont divisées par 10^32, ce qui donne pour l'univers observable d'aujourd'hui une taille de (10^26)/(10^32)=10^(-6)m, ce qui est 10^(-6)/10^(-35)=10^29 fois plus grand que la distance d'homogénéisation donnée par la longueur de Planck.

Super explication, merci.