Le Big Bang = Une supernova ?

[Juriste]

Bonsoir,

Etudiant en droit, je ne suis pas scientifique et n'ai aucune démonstration à apporter, ne sachant pas où poster ailleurs cette idée, je suis sur ce forum. Merci pour vos réponses et votre temps !

1. j'ai une théorie selon laquelle le Big Bang serait dû à la supernova d'une très grande étoile.

2. La relativité restreinte nous apprend que le temps varie grâce à l'espace-temps en fonction de la vitesse et de la distance. Ainsi celui qui se déplace, ou qui se situe en haut, voyage plus rapidement dans le temps que celui resté sur le sol. Ceci est la règle.
D'autre part, l'univers est ou fini ou infini. Dans l'hypothèse, où l'univers est fini, le temps qui passerait à l'extérieur passerait plus rapidement qu'à l'intérieur et particulièrement sur Terre, où le temps passerait plus lentement.

3. Univers fini ou infini ? On entend souvent dire qu'au moment du Big Bang l'univers était dense. Je m'imagine un univers fini, contenu et condensé. Sachant qu'une chose finie ne peut pas se transformer en une infinie, il faudrait savoir si au moment du Big Bang l'univers était fini, pour savoir si actuellement il est fini.


Bonne soirée.
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[pm42]

1. j'ai une théorie selon laquelle le Big Bang serait dû à la supernova d'une très grande étoile.

Vu que tu fais du droit, tu aurais pu lire la charte du forum et découvrir que les théories perso ne sont pas admises ici.
A part ça, ça ne tient pas la route 2 secondes.

2. La relativité restreinte nous apprend que le temps varie grâce à l'espace-temps en fonction de la vitesse et de la distance. Ainsi celui qui se déplace, ou qui se situe en haut, voyage plus rapidement dans le temps que celui resté sur le sol. Ceci est la règle.

Non, c'est ce qui est mal compris par les gens qui lisent trop vite de la vulgarisation.

D'autre part, l'univers est ou fini ou infini. Dans l'hypothèse, où l'univers est fini, le temps qui passerait à l'extérieur passerait plus rapidement qu'à l'intérieur et particulièrement sur Terre, où le temps passerait plus lentement.

Non plus. S'il est fini, il n'y a pas d'extérieur. Et le lien avec le temps n'a aucun sens.

3. Univers fini ou infini ? On entend souvent dire qu'au moment du Big Bang l'univers était dense. Je m'imagine un univers fini, contenu et condensé. Sachant qu'une chose finie ne peut pas se transformer en une infinie, il faudrait savoir si au moment du Big Bang l'univers était fini, pour savoir si actuellement il est fini.

Et ça, c'est vrai.

[Juriste]

Oui, désolé.

[Deedee81]

Salut,

Quelques explications sur un des points.

le Big Bang serait dû à la supernova d'une très grande étoile.

C'est plus une "idée" qu'une "théorie".

Non, ce n'est pas possible. Le big bang, malgré son nom (*), n'est pas une explosion, mais juste une expansion à partir d'un état dense et chaud, isotrope et homogène. Tout le contraire d'une supernovae. L'expansion n'étant pas une "dispersion" de matière dans un espace plus vaste mais l'éloignement mutuel de tous les points de l'univers.

De plus, on connait fort bien les processus de nucléosynthèse (formation des noyaux atomiques) et la nucléosynthèse primordiale (big bang) est extrêmement différente de la nucléosynthèse explosive (supernovae) : voir wikipedia où c'est plutôt bien expliqué.

(*) le nom de big bang, je le déteste. Ce nom fut inventé par Fred Hoyle pour se moquer de la cosmologie.
Je préfère de loin le nom de Modèle Standard de la Cosmologie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[zebular]

Salut,

Quelques explications sur un des points.



C'est plus une "idée" qu'une "théorie".

Non, ce n'est pas possible. Le big bang, malgré son nom (*), n'est pas une explosion, mais juste une expansion à partir d'un état dense et chaud, isotrope et homogène. Tout le contraire d'une supernovae. L'expansion n'étant pas une "dispersion" de matière dans un espace plus vaste mais l'éloignement mutuel de tous les points de l'univers.

De plus, on connait fort bien les processus de nucléosynthèse (formation des noyaux atomiques) et la nucléosynthèse primordiale (big bang) est extrêmement différente de la nucléosynthèse explosive (supernovae) : voir wikipedia où c'est plutôt bien expliqué.

(*) le nom de big bang, je le déteste. Ce nom fut inventé par Fred Hoyle pour se moquer de la cosmologie.
Je préfère de loin le nom de Modèle Standard de la Cosmologie.

j aimais bien avant de connaitre le forum mais maintenant que je suis dé bouré suite aux explications que j ai pu lire Modèle standard c est mieux et moins orientè

[Deedee81]

Salut,

j aimais bien avant de connaitre le forum mais maintenant que je suis dé bouré suite aux explications que j ai pu lire Modèle standard c est mieux et moins orientè

Et plus juste. Car on dit théorie du big bang et modèle standard.
Et en effet, ce n'est pas une théorie mais un modèle.
(même si la distinction n'est pas toujours faite et les abus de langage très fréquent)

Voici une définition (mais il y a pas mal de flou artistique, ça n'a rien d'officiel. Certains disent "une théorie est un modèle mathématique" !!!!)

- Théorie : description s'appliquant à une grande classe de phénomènes et avec un minimum de paramètres libres (valeurs obtenues par l'expérience qui ne peuvent être données par la théorie)
Généralement sous forme mathématique, construite à partir d'un petit nombre de postulats.
- Modèle : description s'appliquant à un seul objet ou une classe d'objets et de très nombreux paramètres qu'on ajuste pour décrire l'objet.
Généralement sous forme numérique, construit de manière phénoménologique.

Dans le cas de la cosmologie, c'est un modèle et l'objet est l'univers.
Il est construit (paramètres) sur base des données fournies par les très nombreuses observations.
Et il peut être mis sous forme d'équations ou de calcul numérique en utilisant des théories : relativité générale, thermodynamique, mécanique des fluides, physique nucléaire, physique des particules, électromagnétisme, etc... : tout y passe (ce qui est assez logique pour l'univers ).

Il n'est pas rare que l'élaboration d'une théorie, loin d'être en une seule étape et loin d'être linéaire, passe par une phase "modèle", où on modélise certains objets/phénomènes afin de comprendre et progresser, les étapes finales outres les validations expérimentales sont surtout du domaine de la physique mathématique :
mise en forme, simplification et approfondissement purement théorique
(un exemple frappant, la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme c'était une dizaine d'équations avec une dizaine de champs en plus des charges et courant. Imbuvable.
C'est Heaviside qui a nettoyé, simplifié, en quatre équations et quatre champs, sous la forme moderne qu'on connait tous.
Autre exemple : le travail de Cartan sur la relativité générale. Etc... On pourrait multiplier les exemples).

[bernarddo]

Bonsoir,

La réponses de Deedee81 sont très intéressantes!

J’en retiendrai qu’on peut relier, à classe de phénomènes donnée, la probabilité d’exactitude d’une théorie (ou plus exactement de généralité) au plus petit nombre de paramètres libres qu’elle requiert dans son expression, et au plus petit nombre de postulats de la mathématique utilisée.

J’ajouterai relativement à l’utilisation de mathématiques, qu’en physique la validité d’une théorie requiert à la fois une exactitude dans les calculs, une cohérence dans le raisonnement et la nécessité de vérifier la compatibilité des résultats avec les hypothèses physiques retenues

Relativement au big bang, ce qui me gène le plus c’est l’acceptation d’une phase pendant laquelle les grandeurs de l’espace-temps deviendraient infinitésimales tandis que les grandeurs relatives à l’énergie/matière prendraient des dimensions pharaoniques, et qu'on aurait alors un vrai "trou de mémoire"
Or, le big bang repose entre autres sur la théorie de la RG, dont les développements actuels s’appuient toujours sur la métrique dite de Schwarzschild laquelle s’écrit :
Capture.JPG

Revenons sur l’hypothèse mathématique sous-tendant le calcul de Hilbert, vrai père de cette métrique, (la même ayant d’ailleurs présidé au calcul original de Schwarzschild), celle de la symétrie sphérique du champ engendré par un point-masse, ce qui implique que la solution ne peut être retenue que dans l’espace extérieur ou à la surface de ce point-masse, (puisque cette symétrie disparaîtrait évidemment dès que l’on se placerait à l’intérieur d’une masse étendue.

Faisons maintenant l’hypothèse physique raisonnable que toute masse finie possède une étendue spatiale finie, qui correspond aux propriétés classiquement attribuées à toute matière. Dans ce cas, considérant l’équation (2), pour r = 0 (si l’on admet l’existence de densités infinies), et même pour r très voisin de 0 si on n’admet pas de densités infinies, cette garantie de symétrie n’existe pas, elle est forcément violée, et cette formulation de la métrique doit être rejetée, en tant que résultat incompatible avec l’hypothèse.

En quelque sorte, accepter cette formulation, c’est accepter que la matière puisse se contracter suffisamment pour échapper à une caractérisation dans l’espace-temps d’Einstein. C’est en quelque sorte accepter que localement, puissent se manifestent des mini « big bang », qui présentent les mêmes caractéristiques rendant alors, comme à l’intérieur du mur de Planck, les notions d’espace et de temps problématiques.

Heureusement, il n’en est pas de même pour la formulation donnée par Schwarzschild, laquelle s’écrit:

SCH.JPG

qui reste compatible avec l’hypothèse physique de matière étendue, en rendant possible l’extension spatiale de la matière, la seule condition posée par l’hypothèse de symétrie étant que la masse reste à l’intérieur du rayon de Schwarzschild. Les problèmes de la singularité disparaîtraient apparemment d'eux-mêmes...

J’en suis amené à me demander pourquoi la formulation de Schwarzschild a été abandonnée. L'hypothèse de la nécessité d'une extension spatiale pour la matière est-elle irrecevable ?

[Deedee81]

Salut,

Relativement au big bang, ce qui me gène le plus c’est l’acceptation d’une phase pendant laquelle les grandeurs de l’espace-temps deviendraient infinitésimales tandis que les grandeurs relatives à l’énergie/matière prendraient des dimensions pharaoniques, et qu'on aurait alors un vrai "trou de mémoire"

Hé bien non. Le Modèle Standard de la Cosmologie s'arrête grosso modo à la soupe de quarks et gluons, juste avant la nucléosyntèse plus une petite lichette d'inflation qui fait partie des hypothèses (mais bien étayée maintenant).

Avant, dans la période que tu suggères, la théorie (la RG) ne peut tout simplement rien dire car on sort totalement de son domaine de validité. Et tout raisonnement basé là-dessus est sans valeur (ce qui répond en partie à ta question). Et les théories candidates (cordes, boucles) donnent une tonne de modèles possibles (la limite est presque l'imagination ) et rien n'est validé.... donc ça ne fait pas partie du modèle standard.

Donc, contrairement à toi, je ne trouve pas ça gênant puisque non cela ne fait pas partie de "l'acceptation" comme tu dis (et même si la vulgarisation laisse croire que si).
Mais je trouve ça par contre dommage, mais, bon, comme on dit chez nous, inutile d'aller plus vite que le tram. Faut patienter (tant au niveau théorique que pour les observations).

[bernarddo]

Bonjour,

Je suis bien d'accord avec cette réponse, qui est le constat de l'état de choses actuel, et je suis bien conscient du fait que le modèle standard est un modèle qui doit rendre compte d'un nombre de phénomènes bien supérieur à la théorie de la RG, ne serait-ce que parce qu'il doit prendre en compte l'ensemble des forces d'interaction et des particules , alors que la RG ne repose que la force gravitationnelle (malgré son mariage que beaucoup voudraient faire avec la mécanique quantique).

Il n'en demeure pas moins que la RG est intégralement partie prenante du modèle standard, et qu'on ne voit pas bien pourquoi elle cesserait de fonctionner à un moment donné.

Mais ce n'est pas le modèle directement que je rends responsable de ce qui me gène, mais la théorie de la RG: pas l'équation de champ d'Einstein elle-même, mais le traitement mathématique qui en a dérivé les propriétés de ses métriques.

Ce modèle ayant un pied accidenté, il ne peut à mon sens que boiter.

Le raisonnement du post précédent est élémentaire: si on accepte que la matière ait une extension spatiale finie (ce que toutes les observations élémentaires confirment) la démonstration d'Hilbert (celle qui fait autorité), qui accepte de plonger dans un univers à symétrie centrale, un résultat obtenu en faisant l'hypothèse de symétrie sphérique, n'est pas acceptable.

C'est de la logique, et tout le monde, surtout Juriste, doit pouvoir en convenir.

[Gilgamesh]

Or, le big bang repose entre autres sur la théorie de la RG, dont les développements actuels s’appuient toujours sur la métrique dite de Schwarzschild laquelle s’écrit :
Pièce jointe 376972

Non, dans une métrique de Schwarzschild on considère un espace vide entourant une masse à symétrie sphérique. Le tenseur énergie-impulsion est nul. Pour l'univers on considère un espace homogène et isotrope avec un tenseur énergie-impulsion non nul mais ne comportant que des termes diagonaux (ρ, p_x, p_y, p_z) et ça donne une métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.

[Deedee81]

Salut,

Il n'en demeure pas moins que la RG est intégralement partie prenante du modèle standard, et qu'on ne voit pas bien pourquoi elle cesserait de fonctionner à un moment donné.

C'est bien connu pourtant. La relativité générale est une théorie classique. D'abord elle suppose qu'on peut avoir des événements aussi brefs et petits que voulu (le concept de particule test) ce qui devient faux en mécanique quantique, et elle suppose que les trajectoires sont bien définies.... ce qui est toujours aussi faux en mécanique quantique.

En particulier, le deuxième point implique que l'on doit travailler avec des opérateurs (en utilisant la modélisation appropriée pour la MQ, of course, mais c'est quand même le plus facile). Or le tenseur énergie-impulsion est classique. Et si on le remplace par un opérateur..... rien ne va plus. On peut dans une première approximation essayer de remplacer l'opérateur par la valeur moyenne de celui-ci, pour retrouver l'équation d'Einstein, mais raté. Ted Jacobson l'explique bien dans un de ses articles (il est sur ArXiv mais je ne sais plus lequel de ses articles) : les fluctuations autour de la valeur moyenne deviennent importantes dans les conditions où une telle approche serait utile. Je l'ai aussi personnellement constaté en cherchant à appliquer la gravité quantique semi-classique aux trous noirs : j'ai eut un résultat inconsistant (en fait une absence de solution à l'équation d'Einstein !!!! Dû aux dérivées du quatrième ordre de la métrique).

Donc, rien à faire, il faut avoir aussi des opérateurs à gauche de l'équation d'Einstein. Et on arrive alors à un espace-temps dans un état quantique superposé, au mieux (c'est l'approche du super-espace). La RG classique n'est plus valide.

Quand atteint-on cette limite ? Lorsque les fluctuations quantique induisent des effets gravitationnels du même ordre que ceux obtenus par l'approche classique. Et c'est justement près de la singularité, que ce soit avec Schwarzschild, Friedmann, etc...

Et donc tout le monde sait que parler de la singularité en cosmologie est :
- un abus de langage (trop fréquemment utilisé, surtout en vulgarisation)
- en dehors du domaine de la cosmologie actuelle

Si on exclut la singularité, si on ne travaille qu'avec la zone ou la RG s'applique, il n'y a plus aucun soucis. Avec l'erreur grossière que tu commets aussi sur la symétrie, mais là Gilgamesh a répondu.
(non, on ne considère pas la symétrie sphérique en cosmologie. Documente-toi un peu s'il te plait).

[papy-alain]

...le deuxième point implique que l'on doit travailler avec des opérateurs (en utilisant la modélisation appropriée pour la MQ, of course, mais c'est quand même le plus facile). Or le tenseur énergie-impulsion est classique. Et si on le remplace par un opérateur..... rien ne va plus....

Faudra-t-il abandonner certaines conceptions bien ancrées depuis des décennies pour faire aboutir une théorie de la gravitation quantique ?

[Deedee81]

Salut,

Faudra-t-il abandonner certaines conceptions bien ancrées depuis des décennies pour faire aboutir une théorie de la gravitation quantique ?

Ca dépend de ce que tu appelles "conceptions bien ancrées"

Mais en tout cas, le formalisme de la mécanique quantique et celui de la relativité générale sont incompatibles et l'incompatibilité est assez profonde. Il y a donc plusieurs manière de surmonter la difficulté, selon le bout par lequel on prend le problème.

On peut utiliser l'approche que je viens de décrire mais qui n'a pas pu être très approfondie (le super-espace a une structure mal comprise (*), et les approches abordables par mini-super-espace sont peu satisfaisantes). Hummm.... on trouve pas facilement de ressource là-dessus (j'avais lu quelques articles dans ArXiv, et il y a aussi la description vers la fin dans le livre Gravitation de MTW).
EDIT (*) c'est un espace d'état dont chaque élément est une variété riemannienne à 3D. Double soucis : le classement de ces variétés est encore un problème ouvert. Il y a des états équivalents et trouver les classes d'équivalence est difficile.

On peut aussi utiliser une approche analogue avec la théorie quantique des champs. Mais la théorie est non renormalisable.
Avec alors deux branches :
- les modèles super symétriques conduisant à https://en.wikipedia.org/wiki/Supergravity
- les cordes

On peut aussi tenter une approche plus axiomatique, rigoureuse. C'est la quantification canonique. Qui est longtemps restée coincée avec l'équation de Wheeler-DeWitt.
Puis qui a donné les boucles.

Face aux difficultés techniques, on a vu aussi pleins de méthodes proches et se recoupant en partie avec les domaines précédents, pour essayer de faire avancer le schmilblick : théorie holographique, gravité thermique, triangulations causales, twisteurs, calcul de Regge, etc... etc.... etc....
Le domaine est terriblement vaste, remet tout en cause peu ou prou, et impossible de dire d'où sortira le bon grain tant qu'on n'a pas de données expérimentales qui permettent de trancher.

[papy-alain]

Bon, allez, je donne la solution.
Tu prends la RG et la MQ, tu mélanges, tu secoues, et tu obtiens des cordes à boucles.
Voilà voilà.
J'ai droit au Nobel ?

[Deedee81]

Bon, allez, je donne la solution.
Tu prends la RG et la MQ, tu mélanges, tu secoues, et tu obtiens des cordes à boucles.
Voilà voilà.
J'ai droit au Nobel ?

Ce que tu dis est moins idiot que tu crois

En effet, les cordes et les boucles ne sont pas incompatibles. En effet, les cordes sont un changement des particules (= cordes oeuf Corse) sur un espace-temps courbe imposé, le résultat avec graviton (état de vibration minimal des supercordes) est équivalent à une théorie de la gravité linéarisée. La difficulté est de retrouver la forme non perturbative.
Les boucles par contre sont une formulation non perturbative de l'espace-temps quantique sans rien imposer a priori aux champs de matière et champs de jauge.

On peut donc imaginer quantifier les cordes dans le formalisme des boucles !!!!! Et cela a été étudié, en particulier par Lee Smolin.
Mais il n'y a pas eut beaucoup de travaux là-dessus. Pourquoi ? Je ne sais pas. Résultats décevants ? Grosses difficultés techniques ? Théoriciens appartenant à des communautés trop différentes ???

En tout cas, je trouve l'idée intéressante. Mais ma maîtrise des boucles s'arrête grosso modo à la formulation des opérateurs géométriques (ça fait 10% de la théorie) et juste les bases pour les cordes (action de corde bosonique et quelques trucs, ça fait, quoi, 0.01 % ?). Pour avoir plus d'info, va falloir trouver sur le net le sac dans lequel ils ont fait le mélange que tu indiques

Bon, bon week-end.

[bernarddo]

Non, dans une métrique de Schwarzschild on considère un espace vide entourant une masse à symétrie sphérique. Le tenseur impulsion énergie est nul. Pour l'univers on considère un espace homogène et isotrope avec un tenseur impulsion énergie ne comportant que des termes diagonaux (ρ, p_x, p_y, p_z) et ça donne une métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.

Bonjour,

Pour bien se comprendre, je pense que votre expression (...dans une métrique de Schw..) ne fait que rappeler le contexte géométrique du calcul de Hilbert et de celui de la métrique intérieure de Schwarzschild, (qui a complété son oeuvre par la détermination d'une métrique "intérieure" étendant sa solution au volume intérieur des masses étendues.

Ce type de calcul requiert, comme vous le confirmez d'ailleurs, de recourir à un espace à symétrie sphérique:
la différence fondamentale entre les deux solutions est que celle de Schwarzschild cadre parfaitement avec est la symétrie sphérique, alors que la solution de Hilbert postule une symétrie centrale, ce qui la disqualifie sur ce point précis.
Ceci montre, à mon sens, que la symétrie centrale n'est pas un cadre adapté à l'espace-temps.

Relativement à la métrique FLRM, une vérification rapide de son mode d'établissement (au moins dans le cours de Richard Taillet) m'indique que, si j'ai bien saisi, elle est établie dans le cadre mathématique de la symétrie centrale, ce qui ne change donc rien à mon questionnement.

[mach3]

Bernarddo, merci d'arrêter de squatter cette discussion.

mach3, pour la modération