Hasard et astrophysique

[larotere]

Bonjour ,
Est ce que la formation des structures complexes (galaxie , système stellaire ect) est du au moins en partie au hasard ?
Les étoiles , planètes , leurs caractéristiques et leur position sont elles le résultat d'un déterminisme depuis le début de l'univers ?
En gros est ce qu'en ayant toutes les conditions à un instant t de l'univers et une puissance de calcul illimité je peux tout prévoir ou il y a une part d'aléatoire dans l'évolution de l'univers et ses différents composants ?
Par exemple , le système solaire est t'il de résultat d'un déterminisme rigide ou a t'il eu une part d'aléatoire dans sa formation , la disposition des corps et leurs caractéristiques et son évolution (et donc l'habitabilité de la Terre ) ?

J'espère être compréhensible !
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[Gilgamesh]

Bonjour ,
Est ce que la formation des structures complexes (galaxie , système stellaire ect) est du au moins en partie au hasard ?
Les étoiles , planètes , leurs caractéristiques et leur position sont elles le résultat d'un déterminisme depuis le début de l'univers ?
En gros est ce qu'en ayant toutes les conditions à un instant t de l'univers et une puissance de calcul illimité je peux tout prévoir ou il y a une part d'aléatoire dans l'évolution de l'univers et ses différents composants ?
Par exemple , le système solaire est t'il de résultat d'un déterminisme rigide ou a t'il eu une part d'aléatoire dans sa formation , la disposition des corps et leurs caractéristiques et son évolution (et donc l'habitabilité de la Terre ) ?

J'espère être compréhensible !

Le débat sur le déterminisme moderne aboutit à un distingo fondamental entre :

* le déterminisme classique tel qui définit par Laplace en 1814 dans l'introduction de son Essai philosophique sur les probabilités :

« Nous devons donc envisager l'état présent de l'univers comme l'effet de son état antérieur, et comme la cause de celui qui va suivre. Une intelligence qui pour un instant donné connaîtrait toutes les forces dont la nature est animée et la situation respective des êtres qui la composent, si d'ailleurs elle était assez vaste pour soumettre ses données à l'analyse, embrasserait dans la même formule les mouvements des plus grands corps de l'univers et ceux du plus léger atome : rien ne serait incertain pour elle, et l'avenir comme le passé serait présent à ses yeux. »

* le déterminisme de la mécanique quantique. En mécanique quantique l'objet fondamental est une fonction d'onde dont les lois d'évolution sont parfaitement déterministe classique, définit ci-dessus. Toutefois la mesure d'une observable lié à cette fonction d'onde (typiquement l'énergie ou la position de la particule) est assimilable à un tirage au hasard dans un ensemble de mesure possible associée à des lois de probabilité. Ces lois de probabilité sont précisément calculable et d'une très grande précision, mais la mesure est parfaitement aléatoire. Et quand on parle de "mesure", il s'agit en fait de n'importe qu'elle interaction entre particules. On peut considérer que la Nature "tire aux dés" le résultat de chaque interaction et cette dissociation entre l'évolution déterministe de la fonction d'onde et le tirage aléatoire de la mesure introduit donc un hasard irréductible au sein de la réalité.

Toutefois l'évolution de n'importe quel système implique tellement de particules qu'un grand nombre de tirage donne un résultat parfaitement déterminé. On peut par exemple mesurer avec une précision arbitrairement grande l'âge d'une roche en se basant sur la décroissance des éléments radiogénique qu'elle contient alors même que chaque désintégration est un phénomène parfaitement aléatoire. Et tout ça fait que dans un très grand nombre de situation en physique, l'indéterminisme quantique ne grève pas vraiment la précision de la mesure, de la prédiction ou de la postdiction de l'évolution d'un système physique.

Toutefois (bis) il est également fréquent que l'évolution d'un système comporte de bifurcations qui amènent à amplifier des différences qui peuvent être fixées arbitrairement minimes au départ. Si tu laisses glisser une bille depuis le sommet d'une montagne, une infime différence dans la trajectoire de départ peut se traduire par le fait que la bille va tomber dans la vallée A plutôt que dans la vallée B séparée de plusieurs km. Une petite différence de départ engendre de très grandes différences à l'arrivée. Le système est parfaitement déterministe (au sens classique) mais il est intrinsequement sensible aux conditions initiales. Or on a vu qu'on ne peut pas fixer avec une précision arbitrairement grande les conditions initiales à cause de l'indéterminisme quantique. Donc en pratique, 2 systèmes jumeaux vont diverger en un temps exponentiellement court. C'est le concept de chaos déterministe.
Pareillement ce comportement est très courant dans l'univers.

La panorama général qui en résulte c'est un univers dont les lois et l'état initial sont plausiblement tirés au hasard au sein d'un vaste ensemble d'états possibles, puis qui évolue de manière très déterministe concernant ses propriétés statistiques (densité et composition chimique moyenne, taux de naissance stellaire...) mais qui reste imprevisible localement du fait de la sensibilité aux conditions initiales.

[larotere]

Oui , par exemple la trajectoire de la terre autour du soleil est parfaitement déterminé mais l'univers n'a t'il pas une forme d'auto organisation non déterministe parce que admettre le déterminisme complet au niveau de l'univers c'est sous entendre qu'il suit un "plan " prédéfini et on peut alors étendre ça à tout : complexité , vie ect et je trouve que c'est problématique.

[larotere]

Et donc le chaos quantique pourrait créer de l'indéterminisme véritable au niveau de l'univers ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Oui, par exemple la trajectoire de la terre autour du soleil est parfaitement déterminé

A l'échelle de 1000 ans, oui, mais après 100 millions d'années, plus du tout. On ne sait pas dire en quel point de son orbite elle sera alors.

[larotere]

Cela veut juste dire qu'elle n'est pas prédictible pas qu'elle n'est pas déterminée parce que à cette échelle à ,la théorie du chaos entre en jeu .

[larotere]

Moi je me demande si il y a du hasard véritable en astrophysique ou cosmologie comme il y en a en MQ.

[physeb2]

J'aimerais profiter de cette question pour parler de la différence entre la cosmologie et l'astrophysique.

En fait la grande différence entre la cosmologie et l'astrophysique vient de la possibilité de relier les observations a l'époque de l'inflation. Les pertubations de temperatures dans le fond diffus cosmologiques sont reliées aux perturbations générées par le champs d'inflaton. De la même manière, la distribution de la matière a grande échelle est également reliée a l'inflation, tout comme le numero et distribution de masse des amas de galaxies.

Pour me rapporter plus précisemment a ta question:

En gros est ce qu'en ayant toutes les conditions à un instant t de l'univers et une puissance de calcul illimité je peux tout prévoir ou il y a une part d'aléatoire dans l'évolution de l'univers et ses différents composants ?

Ce que l'on fait pour les simulations de formation des structures en cosmologie est de générer des conditions initiales (un champs gaussien aleatoire qui suit la théorie de l'inflation) qu'on utilise pour bouger les particules initialement positionnées sur un maillage régulier. Si j'applique la même simulation 100 fois avec les mêmes conditons initiales et paramètres, j'obtiendrai 100 fois le même résultat. En revance je peux faire la même simulation avec la même condition initiale mais avec 8 fois plus de particules (je réduit par deux la distance entre les particules dans les 3 dinesions). J'obtiendrai basiquement le même résulta sur la distribution a grande échelle: même filaments, mêmes amas et super-amas de galaxies. Maintenat, si je regarde la compositon interne des halos (amas de galaxies) ça va diférer. Ce qui se passe a l'intérieur des strucutrures collapsées devient hautement chaotique.

De manière vulagrisée, on peut dire que l'évolution individuelle d'une galaxie et tout ce qui est plus petit est dominé par les effets locaux et hautement non-linéaire. En celà tu rentre dans le cadre du chao avec quelconque petite variation qui modifie pas mal le résultat. Ceci n'est pas le cas pour les structures plus grandes que les amas de galaxies, tu obtient un résultat réversible (c'est d'ailleurs toute la force de l'approximation de Zeldovich) et donc dans ce sens tu peux avoir cette impression de déterminisme.

Et bien c'est un peu la distinction entre l'astrophysique et la cosmologie. Tu peux considérer la partie "déterministe" comme reliable d'une certaine manière a la periode d'inflation et la partie "chaotique" a l'astrophysique.

Je ne sais pas si ma réponse aura apporté plus de confusion qu'autre chose, mais je pensais que la question initiale invitait a cette discussion.

[larotere]

Mais le chaos en astrophysique cache t'il un déterminisme complexe ?

[larotere]

Et j'en profite pour demander si certaines structures de l'univers sont auto organisées de façon non déterministe.

[physeb2]

Mais le chaos en astrophysique cache t'il un déterminisme complexe ?

Tu veux parler de variables cachées non-locales?
Par exemple je prends deux particules, elles ont une probabilité d'interragir qui est liée a la section efficace qui des interractions auxquelles elles sont sensibles.
Donc d'une certaine manière, on peut reproduire la meême expérience plusieurs fois et obtenir des résultats différents.

Cependant, si tu considère que ce n'est pas réellement probabiliste mais qu'il y a des variables cachées qui déterminent par avances si telle et telle particule interragiront a un instant donné, ça devient déterministe.

[Archi3]

Mais le chaos en astrophysique cache t'il un déterminisme complexe ?

dans la mesure où on fait appel au départ à des champs quantiques, il y a forcément une indétermination au départ. La question est de savoir où et comment l'incertitude quantique se fige dans une "réalisation" actuelle, mais ça c'est une question à laquelle personne n'a vraiment de réponse, analogue à celle du chat de Schrödinger. La théorie quantique standard dit que ça se fige "au moment d'une mesure", mais il n'y avait bien sûr pas d'appareil de mesure dans l'univers primordial. Une solution envisagée est celle des "multivers" (il y aurait une infinité ou au moins un nombre immense d'univers possibles), du coup ta question est de savoir ce qui détermine l'univers dans lequel tu te trouves pour l'observer - et bien sur ça c'est du hasard.

[larotere]

Ce dont parle psyseb2 est de la MQ me semble t'il , pas de l'astrophysique.

[Deedee81]

Salut,

Ce dont parle psyseb2 est de la MQ me semble t'il , pas de l'astrophysique.

Je me suis fait la réflexion mais..... vu la question, ça méritait peut-être d'être précisé

[larotere]

Je parle là de l'aléatoire à un niveau pour le moins macroscopique : les galaxies , étoiles , planètes ect donc ça m'a étonné qu'il parle de particule.

[Deedee81]

Je parle là de l'aléatoire à un niveau pour le moins macroscopique : les galaxies , étoiles , planètes ect donc ça m'a étonné qu'il parle de particule.

C'était pas clair.... maintenant oui

Et ..... as-tu oublié la question du message 4 ? C'est bien toi qui a posé le premier la question sur le quantique

[larotere]

Oui , mais ma question c'était est ce que le quantique peut avoir une influence non négligable à l'échelle astrophysique.
j'en profite pour redemander si certaines structures de l'univers sont auto organisées de façon non déterministe.

[Deedee81]

Oui , mais ma question c'était est ce que le quantique peut avoir une influence non négligable à l'échelle astrophysique.

On avait bien compris que ce n'était une question sur l'effet du quantique sur les chaussettes

Sans rire, tu poses une question sur l'influence du quantique et donc on te répond particules puisque la physique quantique est avant tout la physique des particules !!!! C'est normal non ?

j'en profite pour redemander si certaines structures de l'univers sont auto organisées de façon non déterministe.

"Auto-organisé de façon non déterministe" n'a pas de signification. Tu peux dire juste "auto-organisé" (et la réponse est oui) avec au niveau détail (la distribution du gaz à petite échelle par exemple) c'est fort chaotique (avec une origine de l'aléatoire qui n'a pas d'importance, j'en avait déjà parlé en détail dans une autre de tes discussions, peu importe que l'origine de l'aléatoire soit le quantique ou juste du chaos classique, ça revient au même pour le résultat).

[larotere]

Je parlais des manifestations de la MQ et ses effets à très très grande échelle (univers).
D'ailleurs si on admet que les conditions initiales de l'univers dont dues au hasard comme dans le scénario d'un multivers , les effets sont eux même du hasard?

[Deedee81]

Je parlais des manifestations de la MQ et ses effets à très très grande échelle (univers).

Pourquoi le répéter encore et encore, je viens de dire qu'on avait compris. Si tu demandes l'effet des particules (de la MQ quoi) sur les grandes échelles, alors on parle des particules.

si on admet que les conditions initiales de l'univers dont dues au hasard comme dans le scénario d'un multivers , les effets sont eux même du hasard?

C'est un gros si, mais la réponse me semble évidente, oui.

[Gilgamesh]

Oui , par exemple la trajectoire de la terre autour du soleil est parfaitement déterminé mais l'univers n'a t'il pas une forme d'auto organisation non déterministe parce que admettre le déterminisme complet au niveau de l'univers c'est sous entendre qu'il suit un "plan " prédéfini et on peut alors étendre ça à tout : complexité , vie ect et je trouve que c'est problématique.

Si tu materialises autours de toi une sphère de 100 années-lumière de rayon, tout ce qui influe sur ton existence depuis ta naissance était déjà dedans et fait partie des conditions initiales de l'univers qui a commencé à ta naissance et dont tu es le centre, et tu peux dire que tout ce qui est dans cette bulle de "l'univers larotere" suit un "plan" prédéfini et on peut alors étendre ça à tout : complexité, vie.

On peut faire commencer le début de n'importe quelle entité n'importe quand, il suffit de prendre une sphère de Hubble suffisemment grande, et y appliquer le programme déterministe laplacien.

Est ce que ça pose un problème conceptuel quelconque ? Aucunement.

Pour ce qui est de l'univers depuis le Big Bang, la question des conditions initiales est encore ouverte ; si on prend la condition inflationnaire, avant le Big Bang on a un espace vide en inflation, avec des fluctuations quantiques de densité (nettement visibles sur le fond de rayonnement fossile) qui vont déterminer les germes de grandes structures (amas de galaxie).

Et donc le chaos quantique pourrait créer de l'indéterminisme véritable au niveau de l'univers ?

De l'indéterminisme au niveau de certains paramètres des conditions initiales oui mais le fait qu'un paramètre soit choisi de manière aléatoire au temps t n'influe aucunement sur l'aspect plus ou moins déterministe des processus qui succèdent à cet événement.

[larotere]

Justement , le déterminisme laplacien n'est t'il pas mort avec la quantique ?
Et si on admet que ce sont des fluctuations quantiques qui sont à l'origine des grandes structures , ces fluctuation ne sont t'elles pas aléatoires ?
Par contre , pourriez vous réexpliquer votre dernier paragraphe ?

[Gilgamesh]

Justement , le déterminisme laplacien n'est t'il pas mort avec la quantique ?
Et si on admet que ce sont des fluctuations quantiques qui sont à l'origine des grandes structures , ces fluctuation ne sont t'elles pas aléatoires ?
Par contre , pourriez vous réexpliquer votre dernier paragraphe ?

La déterminisme laplacien bande encore si j'ose m'exprimer ainsi, au sens où un nombre considérable de faits influant de manière considérable sur notre existence et le destin de tout l'univers globalement comme en chacune de ses parties, sont essentiellement déterministes au sens laplacien, une fois fixées les conditions inititiale de notre univers. Qu'un précipité de silice comme le silex forme un matériau tranchant, que l'eau soit un liquide entre 0 et 100°C et que le deutérieum fusionne à 2 millions de K sont des propriétés liées à des conditions initiales définissant la physique des particules, qu'on peut certes raisonnablement proposer assez hasardeuses (fine tunning de l'univers), mais une fois fixées, ces conditions définissent un univers où ces propriétés sont intangibles. C'est le sens de mon dernier paragraphe. Un esprit "assez vaste pour soumettre toutes ces données à l'analyse" (toutes les conditions initiales de l'univers issu du Big Bang) pourrait prédire dès le départ l'aspect de tout l'univers en chacune de ses parties, certes de manière statistique, mais de la même manière qu'on peut prédire que l'hiver il tombe de la neige, et l'aspect de la neige, sans êtes capable de décrire à l'avance la géométrie de chaque flocon.

[larotere]

Je suis d'accord avec vous , après je pense qu'il y a forcément un peu d'indéterminisme dans l'univers dans la mesure ou une partie de la physique admet des phénomènes indéterministes . On voit que la MQ pourrait avoir des influences dans beaucoup de domaines ce qui leur donne un peu d'aléatoire . C'est mon avis bien sûr , peut être , est ce faux ?

[Gilgamesh]

Je suis d'accord avec vous , après je pense qu'il y a forcément un peu d'indéterminisme dans l'univers dans la mesure ou une partie de la physique admet des phénomènes indéterministes . On voit que la MQ pourrait avoir des influences dans beaucoup de domaines ce qui leur donne un peu d'aléatoire . C'est mon avis bien sûr , peut être , est ce faux ?

Oui localement (au sens spatial comme temporel) l'univers est imprévisible bien que ses propriétés moyennes soient fixées de manière très déterministe.

[larotere]

En gros , c'est comme si j'imagine un univers constitué de 100 galaxies , en moyenne , leurs caractéristiques sont déterminées mais l'aléatoire (quantique ?) peut faire qu'une galaxie va être différente ?

[Deedee81]

Salut,

En gros , c'est comme si j'imagine un univers constitué de 100 galaxies , en moyenne , leurs caractéristiques sont déterminées mais l'aléatoire (quantique ?) peut faire qu'une galaxie va être différente ?

Oui mais enlève le quantique à ce niveau. La MQ ne joue plus du tout.

[stefjm]

Oui mais enlève le quantique à ce niveau. La MQ ne joue plus du tout.

Avec quel argument à cette échelle non vérifiée?

[Deedee81]

Avec quel argument à cette échelle non vérifiée?

Excuse moi, mais je n'arrive pas à comprendre la phase. Je crois qu'il y a un verbe qui a sauté !!!!! Tu peux réécrire ? Merci,

[stefjm]

Tu dis "enlève le quantique à l'échelle galactique".
Ce que je trouve difficile à justifier à cette échelle.