La relativité générale dépassée à l'échelle de l'infiniment grand ?

[yves95210]

Perso ça ne me gène pas que les cosmologistes "bidouillent" les modèles, c'est leur job et ils font avec ce qu'ils ont.
Améliorer les théories à la base de ces modèles n'est pas de leur ressort mais des théoriciens (et des astrophysiciens pour les datas).
Quand un meilleur modèle (de RG) sera disponible les cosmologistes mettront à jour leur modèle (cosmologique).

Il y a tout de même de grosses confusions de communautés car ce n'est pas du tout les mêmes personnes qui font l'un ou l'autre de ces jobs (à quelques exceptions près). C'est très typique de la physique (en biologie par exemple ceux qui expérimentent et ceux qui théorisent sont souvent les mêmes).

Donc dire que les théoriciens ont du mal à pondre de meilleurs théories et encore plus à les valider, no problemos (on a assez insisté sur ces difficultés y compris dans des actualités).
Mais dire que les cosmologistes sont à la ramasse à cause de ça est aussi stupide que de dire qu'un garagiste est à la ramasse parce que on n'a pas mis au point de nouveaux moteurs. Le garagiste de met pas au point de nouveau moteur, c'est pas son job.
(heu.... sans vouloir vraiment comparer les cosmologistes à des garagistes, évidemment )

C'est pour ça que de tels propos me choquent. C'est pas sur le fond, mais sur l'amalgame.

Je parlais des théoriciens, et je pense que Mailou aussi. Ce ne sont pas les expérimentalistes qui ont élaboré ce modèle, puis y ont ajouté des ingrédients pour coller aux observations, et qui cherchent encore à en inventer d'autres pour essayer de le sauver. Et même si je n'aurais pas utilisé une expression aussi péjorative, on a le droit de penser que la majorité des théoriciens sont "à la ramasse" quand ils n'envisagent pas d'autre solution, alors même que leur modèle repose sur un postulat (le fait que les inhomogénéités de l'univers récent peuvent être traitées comme de petites perturbations sur un background homogène, et que leur effet devient négligeable à grande échelle) ni démontré théoriquement, ni vérifié expérimentalement.

Je suis d'accord avec toi, les (astro-)physiciens expérimentalistes ne peuvent faire qu'avec les modèles que les théoriciens leur proposent, et en ajuster les paramètres pour essayer de les rapprocher des observations. Mais quand cette démarche aboutit à une impasse (le problème actuel concernant les estimations divergentes de la constante de Hubble), même les expérimentalistes ont le droit de tirer la sonnette d'alarme et d'inviter les théoriciens à revoir leur copie...
Ou, s'il existe un modèle concurrent proposé par d'autres théoriciens, ne remettant pas en cause les fondements théoriques (en l'occurrence la RG), et qui, même à l'état embryonnaire, fait des prédictions qui, d'une part pourraient résoudre ce problème, d'autre part peuvent donner lieu à des tests permettant de le réfuter (ou de le confirmer, au détriment du modèle en vigueur), rien n'interdit aux expérimentalistes de s'y intéresser et de proposer des observations.

Bref, je ne dirais pas "tous coupables", mais le fait que la plupart des astrophysiciens, théoriciens comme expérimentalistes, rejettent les modèles de cosmologie inhomogène (sans même essayer de démontrer qu'ils sont faux, ou qu'ils ne peuvent pas conduire à des résultats expérimentaux significativement différents de ceux prédits par le modèle standard^[*]) ressemble à de la paresse intellectuelle.
[*] Ou même parfois en pratiquant (volontairement ou par ignorance) l'amalgame - confondant par exemple l'idée proposée par Buchert avec celle, basique, qui consiste à supposer que nous sommes situés près du centre d'une vaste zone de sous-densité et à expliquer ainsi la valeur trop grande de H₀. Explication qu'il est ensuite facile de balayer d'un revers de main.
Je n'invente rien, c'est la réponse à laquelle j'ai eu droit de la part d'un astrophysicien pourtant pas connu pour ses positions orthodoxes, dans une discussion sur un article qu'il avait posté sur son blog.

Comme Sabine Hossenfelder le souligne dans le post de blog que j'ai cité précédemment,

It’s admittedly an unsexy research topic. It’s technical and tedious and most physicists ignore it. And so, while there are thousands of physicists who simply assume that the correction-terms from averaging are negligible, there are merely two dozen or so people trying to make sure that this assumption is actually correct.

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[Mailou75]

Salut,

Pour rendre justice à Mailou (au-delà du ton qu'il emploie), il n'a pas complètement tort quand il dit qu'on est à la ramasse avec notre modèle cosmologique simpliste hérité de Friedmann et Lemaître. Et en relisant son message, c'est bien des modèles qu'il parle (il pourra confirmer), et pas de la théorie (la RG), puisqu'il parlait de modèle simplifié à l'extrême (pour la cosmologie) et newtonien (pour les galaxies) "parce que Einstein c'est trop compliqué à appliquer"...

Merci pour la défense effectivement je ne mâche pas mes mots et "théorie = modèle"

###attaques et réponses###

il serait peut-être temps qu'ils envisagent de remettre en cause les hypothèses de base de ce modèle (l'homogénéité de l'univers à toute échelle et à toute époque) plutôt que d'en modifier une fois de plus les paramètres en "inventant" de nouveaux types de particules ou de nouvelles formes d'énergie.

Je ne te le fais pas dire... mais je pense que le problème est plus profond. Avez vous déjà essayer de faire varier les Omégas dans LA formule ? En faisant ça on se rend compte que la formule pourrait décrire n'importe quoi tant qu'on lui met les "bons" Omegas (des petites valeur exposant 4 pour régler le fond et des grandes valeurs pour le reste). Et même avec ça on est encore obligé d'ajouter l'énergie noire. Le bilan pour moi est que cette formule ne dit rien, elle se mord la queue c'est tout : on entre des mesures pour restituer des mesures, bravo.

j'essaie de trouver des pistes (pas en faisant des calculs tout seul dans mon coin, mais en essayant de me tenir au courant des avancées sur le sujet). Avec une préférence pour celles qui ne demandent pas d'inventer de nouveaux ingrédients pour faire prendre la sauce.

Ca fait un bail que je ne fais plus de calculs dans mon coin sur la cosmo. Le reste est hors charte et ça ira bien pour cette cession… servir de bouc émissaire me fatigue.

A+

[Deedee81]

Je parlais des théoriciens, et je pense que Mailou aussi.

Alors on redevient copain

la plupart des astrophysiciens [...] rejettent les modèles de cosmologie inhomogène

Vraiment ? Je suis surpris car je ne me souviens pas avoir lu ça (même si on en parle peu, mais vu la difficultés des calculs ce n'est pas très surprenant).

paresse intellectuelle

Ca c'est sûrement pas faux

[yves95210]

Salut,

Merci pour la défense

Pas de quoi, ça m'aura au moins permis d'exprimer le fond de ma pensée.

effectivement je ne mâche pas mes mots et "théorie = modèle"

Oui, mais non. On a une théorie et un ou plusieurs modèles basés sur cette théorie (= cohérents mathématiquement avec elle), et censés décrire au mieux l'univers observable et son évolution. On peut très bien considérer qu'un modèle est réfuté sans que ça conduise à remettre en cause la théorie. D'autant plus quand il existe d'autres modèles basés (de manière certes moins simple) sur la même théorie et qui pourraient (c'est pas prouvé) mieux coller avec les observations.

##commentaire sur attaques et réponses supprimées##

Je ne te le fais pas dire... mais je pense que le problème est plus profond. Avez vous déjà essayer de faire varier les Omégas dans LA formule ? En faisant ça on se rend compte que la formule pourrait décrire n'importe quoi tant qu'on lui met les "bons" Omegas (des petites valeur exposant 4 pour régler le fond et des grandes valeurs pour le reste). Et même avec ça on est encore obligé d'ajouter l'énergie noire. Le bilan pour moi est que cette formule ne dit rien, elle se mord la queue c'est tout : on entre des mesures pour restituer des mesures, bravo.

Ce que tu dis n'est vrai que quand pour justifier la valeur des Oméga on fait appel à des ingrédients "invisibles" et de nature inconnue, dont on n'a qu'une "preuve" indirecte de l'existence - cette preuve étant tout bêtement que, sans eux, le modèle s'effondre. Dans ce cas, tu a raison, ça se mord la queue.
En supposant qu'on connaisse exactement le contenu de l'univers observable et que sa densité soit effectivement homogène à toute échelle (ou au moins que les inhomogénéités n'aient qu'un effet négligeable), les Oméga seraient parfaitement déterminés, et avec eux l'évolution de l'univers. Ce n'est pas le modèle en soi qui est mauvais, mais l'usage qu'on en fait.
En fait il faudrait admettre que le modèle de Friedmann-Lemaître n'était qu'un "toy-model", permettant de démontrer (brillamment) que l'univers pouvait être en expansion (ce qui a permis d'interpréter correctement les observations de Hubble), mais qu'en tant que toy-model il fait appel à des hypothèses simplificatrices qui ne sont pas confirmées par les observations (ni par les calculs: cf. Buchert), et qui ne peuvent que conduire à des résultats approximatifs.
Je pense d'ailleurs que Lemaître en était bien conscient, car il a aussi été un précurseur dans l'exploration des conséquences d'une non-homogénéité spatiale sur la géométrie de l'espace-temps, avec sa métrique (connue aujourd'hui sous le nom Lemaître-Tolman-Bondi) pour un espace à symétrie sphérique mais de densité pas nécessairement homogène (elle peut varier en fonction de la distance au centre de symétrie). Encore un toy-model (ce n'est qu'à ce prix qu'on peut établir analytiquement des solutions exactes des équations d'Einstein), mais qui est encore utilisé, pour décrire l'évolution des vides cosmiques ou pour étudier le collapse d'une zone de sur-densité.


Tiens, au passage, j'ai pensé à toi quand j'ai parlé de la Timescape cosmology de Wiltshire. L'idée de tenir compte de "vitesses d'écoulement" du temps différentes suivant la région de l'espace considérée devrait te plaire, si je me rappelle une discussion qu'on avait eue.

[Deedee81]

S'il vous plaît, on arrête les prises de bec sinon il va falloir fermer.

[yves95210]

Alors on redevient copain

Mais on n'a jamais cessé de l'être.

En revanche il y en a un autre avec qui je n'ai vraiment pas envie d'être copain vu la nature de ses "arguments", mais je te laisse deviner qui
(je te donne quand-même un indice : ce n'est pas Mailou)

Et un nettoyage de ce fil ne serait pas du luxe . Mais il vaudrait peut-être mieux que ce ne soit pas toi qui t'en occupes, vu ta participation active à la discussion.

[Mailou75]

Re,

Oui, mais non.

Je disais que tu avais raison, il fallait remplacer théories par modèles dans mon texte.

En fait il faudrait admettre que le modèle de Friedmann-Lemaître n'était qu'un "toy-model" (...)

Je pense d'ailleurs que Lemaître en était bien conscient (...) Encore un toy-model (...)

Je n’ai rien contre les toy model, même si ils seront toujours approximatifs. L’objectif est qu’ils aient une logique propre ne nécessitant pas de mesure ou d’ingrédient sortis du chapeau. Ce n’est pas le cas aujourd’hui. Si je dois préciser ma pensée avec les termes qui vous conviennent : on a un modele basé sur la théorie d’Einstein mais on a pas de théorie sur la cosmo.

Tiens, au passage, j'ai pensé à toi quand j'ai parlé de la Timescape cosmology de Wiltshire. L'idée de tenir compte de "vitesses d'écoulement" du temps différentes suivant la région de l'espace considérée devrait te plaire, si je me rappelle une discussion qu'on avait eue.

Il est évident que ça joue, le temps cosmique est une chimère. D’ailleurs en approfondissant la relativité, je me rends compte qu’un redshift s’accompagne toujours d’une déformation visuelle afin de conserver une vitesse lumière invariante. Nulle part en cosmo il n’est question de ça... on a juste des distances démission/angulaire et de réception/comobile. A nouveau, pour ne pas tomber hors charte, je la ferme...

..........

##attaques et réponses##

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PS pour Deedee : pour ma part ça va finir par rentrer : «ne pas répondre, ne pas répondre, ne pas répondre...»

[yves95210]

la plupart des astrophysiciens [...] rejettent les modèles de cosmologie inhomogène

Vraiment ? Je suis surpris car je ne me souviens pas avoir lu ça (même si on en parle peu, mais vu la difficultés des calculs ce n'est pas très surprenant).

Un exemple (celui dont je parlais en petits caractères dans mon message), en réponse à cette question. Voir aussi plus loin dans la même discussion, la réponse du même monsieur (Stacy McGaugh) à un message où je rentrais plus dans le détail, puis un peu plus loin (parce que je me suis entêté) l'échange que j'ai eu avec Phillip Helbig.
Dans un cas ça témoigne plutôt d'une ignorance du sujet (en l'occurrence le problème de la moyenne des équations de la RG soulevé par les partisans des cosmologies inhomogènes), dans le deuxième d'une sous-estimation de l'importance du sujet (et de la backreaction) au nom du rasoir d'Occam (Helbig considérant qu'une simple constante cosmo, suffit à expliquer toutes les observations, alors même que je soulignais le problème posé par les écarts entre les estimations de H0).
Et si tu as le courage de lire les commentaires suite au post de blog de Sabine Hossenfelder déjà cité, tu verras que tout le monde (y compris des "vrais" physiciens) a répondu à côté de la plaque et que personne à part S.H. n'avait l'air de connaître le sujet (là aussi j'ai essayé d'intervenir pour réorienter la discussion, mais visiblement ça n'intéressait personne)...
Je ne peux pas évidemment pas généraliser à partir de ces exemples mais ça m'a quand-même l'air assez représentatif. Peut-être pas d'un rejet systématique, mais au moins d'une ignorance des travaux qui essaient de traiter sérieusement cette question.

[mach3]

Du ménage a été fait, à la serpe. Il est dommage qu'un fil intéressant soit ainsi pourri.

Andrei2010, Mailou75, vous êtes punis, interdiction d'intervenir de nouveau sur ce fil. Ce sera poubelle direct.

mach3, pour la modération

[yves95210]

[B]Du ménage a été fait, à la serpe. Il est dommage qu'un fil intéressant soit ainsi pourri.

Au-delà du ménage qui a été fait (à juste titre), je précise que pour reprendre cette discussion sur le fond, on peut ignorer toute une série de messages (la digression hors-sujet dans laquelle je me suis laissé entraîner par Deedee à partir du message #30 ).

Pour en revenir au sujet, je résume : selon certains théoriciens (Ellis, Buchert, Wiltshire, etc.), le problème posé n'est pas de savoir si la relativité générale est "dépassée à l'échelle de l'infiniment grand", mais comment on peut l'appliquer aux grandes échelles, sachant que ses équations locales sont non linéaires.

Rigoureusement, il ne suffit pas d'appliquer ces équations à des valeurs moyennes des variables locales (comme on le fait quand on résout l'équation d'Einstein pour aboutir à la métrique FLRW et aux équations de Friedmann) pour obtenir des équations moyennes reliant ces valeurs moyenne à grande échelle. Tout simplement parce que la moyenne <f>_D d'une fonction f(x) sur un domaine D n'est en général pas égale à f(<x>_D).

Le modèle de Friedmann-Lemaître repose sur une hypothèse forte. Pas celle, explicite mais évidemment fausse, d'une homogénéité du contenu de l'espace à toute échelle (le présenter ainsi est un peu caricatural, les astrophysiciens sont bien conscients du fait qu'aux petites échelles l'univers est très inhomogène), mais l'hypothèse implicite que les écarts entre les valeurs <f>_D et de f(<x>_D) se compensent exactement quand on fait ces moyennes sur un volume spatial assez grand (celui à partir duquel on peut estimer que toutes les portions de l'espace sont effectivement identiques en termes de contenu moyen).

Or Buchert (entre autres) a montré qu'il est possible d'établir rigoureusement des équations reliant les valeurs moyennes des scalaires (taux d'expansion, courbure spatiale, densités d'énergie) sur un domaine comobile. Ces équations ressemblent à celles de Friedmann mais font intervenir un terme supplémentaire, dit de "backreaction", qui regroupe en fait l'effet des inhomogénéités sur la géométrie moyenne de l'espace-temps : il dépend de la variance du taux d'expansion local et de la moyenne du taux de cisaillement local (qui mesure comment un petit volume comobile se déforme sous l'effet de l'expansion).
Ce n'est qu'en prouvant que ce terme est négligeable lorsqu'on effectue la moyenne sur un volume spatial assez grand qu'on peut garantir que le modèle de Friedmann-Lemaître (et donc le modèle LambdaCDM) représente une bonne approximation de l'univers réel.

Certains théoriciens ont tenté de répondre en montrant que si on traite l'effet des inhomogénéités comme de petites perturbation sur un background dont la géométrie est décrit par la métrique FLRW, ces perturbations se compensent à grande échelle, et que l'effet de la backreaction doit donc être négligeable. Mais selon les tenants des cosmologies inhomogènes, cette méthode est incorrecte, car les équations de Buchert conduisent à une évolution différente de celle résultant des équations de Friedmann, ce qui interdit de travailler à l'aide d'un tel background (ou alors les perturbations qu'il faut prendre en compte sont de plus en plus grandes et finissent par diverger).

Par ailleurs, toujours sur le plan théorique, il faut mentionner la démarche de Wiltshire. Elle tient compte non seulement de cette question de la moyenne des équations d'Einstein (Wiltshire utilise les éq. de Buchert), mais aussi de la différence prévue par la RG entre les "vitesses d'écoulement" du temps dans les zones de sous-densité (et de potentiel gravitationnel faible) et dans les zones de sur-densités (de potentiel gravitationnel élevé). Là aussi rien ne prouve qu'en moyenne sur le trajet d'un photon entre une galaxie lointaine et nous, ces écarts (et leurs effets sur le redshift) se compensent - et dans le cas contraire, cela a évidemment un impact sur l'interprétation des observations.