Questions sur le Big Rip

[QuestionsExistentielles]

Bonjour,

Dans le scénario du Big Rip, est-ce que des particules non massives comme le photon subsistent ? (en étant redshiftés par exemple mais bien plus fortement que lors d'un Big Freeze) ?
Est-ce que l'espace-temps lui-même serait déchiré, et si oui qu'est-ce que ça implique, est-ce que les champs quantiques seraient déchirés également ? Même question qu'est-ce que ça impliquerait ?
Et le photon n'étant pas massif serait une particule affectée différemment des particules massives ? D'où la question de savoir si le photon pourrait subsister à moins que d'autres particules élémentaires le puissent également ?
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[ThM55]

Il ne faut pas prendre le terme "rip" (déchirement) au pied de la lettre et en tout cas il n'applique pas de manière évidente à l'espace-temps, mais plutôt aux systèmes liés (gravitationnellement ou non). Une certaine hypothèse sur l'équation d'état de l'énergie sombre (w < -1) conduit à un scénario où l'accélération de l'expansion devient telle que même les systèmes liés comme les galaxies, puis le système solaire, puis les atomes... finiraient par être soumis à l'expansion. Ce modèle présente une singularité dans le futur où le taux d'expansion tend vers l'infini en un temps fini. Et comme tout y participe, toutes les longueurs d'ondes, celle des photons comme des autres particules, tendent vers l'infini.

Maintenant, on se calme et on réfléchit: est-ce que cela ne montre pas qu'il y a un problème dans le modèle? En général quand un modèle présente une grandeur qui tend vers l'infini, on considère qu'il cesse de représenter la réalité avant que la singularité se réalise. Mais on peut contester cette idée, qui est de nature philosophique.

[QuestionsExistentielles]

Donc on rejoint plutôt le cas du Big Freeze avec la longueur d'onde des photons qui tend vers l'infini sauf que là ça tend bien plus vite vers l'infini.
Quand on lit parfois que l'espace-temps serait lui-même déchiré, ce serait donc plutôt un abus de langage ? Car j'ai du mal à me dire que tout puisse être soudainement "déchiré" l'espace-temps lui-même, les champs quantiques.

Mais si l'espace-temps lui même était "déchiré" ainsi que les champs ça voudrait dire (je suppose) plus de création de particules, plus de rien du tout d'univers tel qu'on le connait. Ça fait très scénario catastrophe. La désintégration du vide avec le faux et le vrai vide me semble bien plus plausible en scénario catastrophe dans le sens où il n'y aurait plus rien de semblable mais ça laisserait place à un vrai vide et donc il n'y aurait pas "plus rien" mais un nouveau vide (potentiellement aussi de nouvelles particules virtuelles pourquoi pas, des lois différentes etc). Alors que pour ce que je demandais pour le Big Rip, que les champs et le tissu de l'espace-temps soit déchiré ça semblerait ... étrange. À se représenter on aurait l'impression que ce qui s'en suivrait serait un genre de néant

J'avais vu une idée intéressante toujours sur le Big Rip, les paires de particules virtuelles pourraient devenir (et ce massivement) réelles. Une sorte de nouveau Big Bang et on retrouve un univers cyclique dans ce cas (pourquoi pas), si ça suffit à stopper l'énergie fantôme. Néanmoins je trouve cette idée plausible, intéressante et pas incohérente avec le modèle.

[mach3]

J'avais vu une idée intéressante toujours sur le Big Rip, les paires de particules virtuelles pourraient devenir (et ce massivement) réelles. Une sorte de nouveau Big Bang et on retrouve un univers cyclique dans ce cas (pourquoi pas), si ça suffit à stopper l'énergie fantôme. Néanmoins je trouve cette idée plausible, intéressante et pas incohérente avec le modèle.

Il avait déjà été discuté sur ce forum du fait qu'un big rip ressemble à s'y méprendre à l'inflation et qu'il est très tentant de penser cela comme un genre de phénomène cyclique. Je ne sais plus si c'est appuyé par des références sérieuses, mais l'idée est en effet plaisante.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[QuestionsExistentielles]

Oui en effet, j'avais lu ça ici : https://forums.futura-sciences.com/a...irtuelles.html et je trouvais l'idée très intéressante.

[ThM55]

Je me demande toujours quand je lis des choses de ce genre, y compris dans des revues scientifiques réputées, si on est toujours dans le domaine de la science. Certes, comme Deedee l'écrivait à l'époque, ce n'est pas absurde. Mais il faut être conscient(e) que ce ne sont que des modèles, des propositions de scénarios qui sont censés être soit réfutés soit confortés par l'observation. Une telle équation d'état pour l'énergie sombre pourrait à la rigueur avoir des effets observables (ce n'est pas encore le cas à ma connaissance) et alors l'idée d'un Big Rip ne serait pas à rejeter. Par contre en tirer une spéculation sur la singularité du modèle, par exemple avec un univers cyclique, me semble être très loin de cette contrainte. C'est un peu pour cette raison que je reste très réticent devant les théories qui postulent l'existence de l'inflation.

[Gilgamesh]

C'est un peu pour cette raison que je reste très réticent devant les théories qui postulent l'existence de l'inflation.

L'inflation résout toute une série de problèmes autrement béants de la cosmologie du Big Bang (origine de l'expansion et de la matière, platitude, homégénéité, absence de monopôle...) en une seule hypothèse, et elle fait des prédictions vérifiables (indice spectrale des anisotropies du CMB), ça n'est pas une spéculation gratuite.

[QuestionsExistentielles]

Et est-ce qu'il ne resterait plus que des photons ou aussi d'autres particules élémentaires elles aussi avec leur longueur d'onde étirée en Big Rip ? Ou pour les particules massives ce serait différent des particules non massives comme les photons.

Bonne journée à tous

[Gilgamesh]

Et est-ce qu'il ne resterait plus que des photons ou aussi d'autres particules élémentaires elles aussi avec leur longueur d'onde étirée en Big Rip ? Ou pour les particules massives ce serait différent des particules non massives comme les photons.

Bonne journée à tous

Dans le cadre d’un Big Rip, je dirais a priori que l'expansion de l'espace va polariser le vide, un peu de la même façon et avec le même résultat que le rayonnement de Hawking à l'horizon d'un trou noir. Le vide va se mettre à produire une profusion de particules élémentaires, y compris les plus massives, avec un spectre thermique. Mais étant donné que l'impulsion des particules est vulnérable à l'expansion, à peine produites, les particules vont être dépouillées de toute impulsion, et le milieu ultra-résiduel peuplant le vide sera très proche du zéro absolu.

[Gilgamesh]

Question en MP

Si le vide est polarisé en Big Rip, et que des particules apparaissent, elles perdraient leur impulsion ? J'aurais plutôt pensé l'inverse que justement, les paires de particules créées auraient une grande impulsion et que cette dernière ne faiblirait pas !

Tu sais que les photons nous parviennent d'autant plus décalés vers le rouge qu'ils viennent de loin dans un univers en expansion. L'énergie du photon est totalement contenue dans son impulsion

E=pc

Cette perte d'énergie est donc une diminution de l'impulsion, du simple fait que le facteur d'échelle de la métrique a augmenté entre l'émission et la réception. Et cela est vrai pour toutes les impulsions ; les photons ne sont pas les seuls à être affectés, il n'y a pas de raison.

Dans un univers en inflation, le taux d'expansion se situe près de 60 ordres de grandeur au-dessus du taux d'expansion actuel. Ainsi, à peine la particule commence-t-elle à se propager que toute son impulsion est perdue du fait qu'elle se propage dans un univers en expansion. C'est a fortiori vrai quant il est en « hyperinflation » comme dans le scénario du Big Rip.

Les particules n'ont donc plus de mouvements propres dans de tels espaces, bien qu'elles s'écartent les unes des autres à des vitesses qui dépassent c à partir d'une certaine distance, le rayon de Hubble =c/H, qui est ridiculement petit étant donné que H est très grand.

[QuestionsExistentielles]

Je comprends mieux, ça "dilue" la particule massive aussitôt, à la manière du photon qui est redshifté... à peine matérialisée la voilà déjà à l'arrêt en gros. Est-ce qu'on utiliserait aussi le terme redshifté pour une particule massive ?

[Gilgamesh]

Je comprends mieux, ça "dilue" la particule massive aussitôt, à la manière du photon qui est redshifté... à peine matérialisée la voilà déjà à l'arrêt en gros.

Oui, c'est exactement ça.

Est-ce qu'on utiliserait aussi le terme redshifté pour une particule massive ?

Ma foi pourquoi pas, mais le truc c'est qu'on n'a jamais l'occasion d'observer de telles particules, ou de moins de les distinguer du bruit de fond.

Il y a des sources cosmiques pour produire des particules massives de très haute énergie (essentiellement des protons), ce qu'on appelle le rayonnement cosmique, et à ces énergie la particule se propage à c – ɛ (à peine moins vite qu'un photon). Mais elles entrent alors en collision avec les photons de faible énergie du fond diffus cosmologique. Ces collisions produisent des pions, ce qui a pour effet de réduire l'énergie des particules incidentes. Résultat, les particules perdent progressivement leur énergie au cours de leur trajet, et cette perte est rapide à l'échelle cosmologique. Ce qu'on appelle la limite GZK (pour Greisen-Zatsepin-Kuzmin) stipule que des particules de plus de 5 × 10¹⁹ eV ne peuvent avoir parcouru plus de 50 mégaparsecs avant d'arriver jusqu'à la Terre. Bien avant qu'on puisse invoquer un redshift cosmologique, les particules massives se fracassent sur la lumière et y laissent leur impulsion.

[QuestionsExistentielles]

Je vois, merci. Et on est bien d'accord pour ce qui a été dit précédemment qu'on parle non pas d'AVANT le Big Rip, mais bien à partir du moment où le Big Rip se produit ? (ou même après).

[Gilgamesh]

Je vois, merci. Et on est bien d'accord pour ce qui a été dit précédemment qu'on parle non pas d'AVANT le Big Rip, mais bien à partir du moment où le Big Rip se produit ? (ou même après).

Tout ce qui vient d'être dit est vrai dès lors que l'univers est en expansion, ce qui est déjà le cas aujourd'hui, mais à un taux très faible. À ce taux d'expansion est associée une température de rayonnement, l'équivalent de l'effet Unruh (référentiel accéléré) et de l'effet Hawking (à l'horizon d'un trou noir), la température de de Sitter :

T = H/(2πk_B)

avec
H le taux d'expansion. Aujourd'hui H₀ ~ 70 km/s/Mpc ~ 2×10^–18 s^–1.
k_B la constante de Boltzmann = 1,38 × 10^–23 m²·kg·s^–2·K^–1.

Ce qui nous donne une température actuelle, un peu frisquette (et totalement indétectable) de :
T ~ 10^–30 K.

[QuestionsExistentielles]

En Big Rip ce taux d'expansion H devient infini ?

[Gilgamesh]

En Big Rip ce taux d'expansion H devient infini ?

Dans le Big Rip, le paramètre clé est le paramètre w de équation d'état du vide, de la forme :

w = p/ρ

avec p la pression et ρ la densité d'énergie.

Pour w = –1 on a une une énergie sombre classique, la constante cosmologique. Le facteur d'échelle augmente exponentiellement avec un H constant:

a(t) = exp(Ht)

Pour w < –1, l'énergie sombre est appelée "fantôme" (phantom energy).

Dans ce cas, le facteur d'échelle a(t)→ ∞ en un temps fini. C'est le Big Rip.

Le taux d'expansion H c'est la dérivée du facteur d'échelle divisé par le facteur d'échelle H(t) = (da/dt)/a. Il augmente indéfiniment, mais pas forcément à l'infini, la divergence de H(t) est directement liée à la façon dont w évolue avec le temps et à la manière dont il influence la dynamique de l'expansion cosmique.