Principe cosmo et grandes structures

[henryco]

Bonjour,

Aujourdhui, les simulations aboutissent dans le cadre Lambda CDM à la formation de structures à grande échelle de l'univers en accord avec les observations, notamment la structure en éponge avec ses grands vides (vides de galaxies et en moyenne remarquablement sphériques ).
Ces simulations se basent sur le Principe cosmologique: le background est homogène : un même facteur d'échelle a(t) partout même dans l'univers très inhomogène correspondant à une phase d'évolution très non-linéaire.

Or la RG est formelle dans le cas d'une bulle vide à symétrie parfaite dans un background homogène, le théorème de Birkhov dit que la métrique dans la bulle est celle de Minkowski : non seulement pas de gravité (pas d'effet répulsif succeptible d'être exploité pour faire croitre la bulle) mais encore bulle non soumise à l'expansion du background ?

Donc question: les experts sont ils surs que c'est la bien la RG qui est dans leurs simulations lorsqu'ils arrivent à former et à faire croitre les grands vides de l'univers. Tout me porte à croire que non puisque dans le cas particulier certes idéal ou le théorème de Birkhov s'applique, une bulle vide ne devrait pas être stable!

F H-C
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[Coincoin]

Salut,

Or la RG est formelle dans le cas d'une bulle vide à symétrie parfaite

Tout est dans le "parfaite". Si la symétrie n'est pas parfaite, alors ce que tu dis ne s'applique pas, et tout vas pour le mieux.

Dans les simulations des grandes structures, un soin particulier est apporté aux conditions initiales : il faut introduire des petites fluctuations, qui donneront par effondrement gravitationnel les grandes structures, en respectant un certain spectre de puissance (typiquement un spectre invariant d'échelle comme en donne les théories d'inflation).

[henryco]

Salut,
Tout est dans le "parfaite". Si la symétrie n'est pas parfaite, alors ce que tu dis ne s'applique pas, et tout vas pour le mieux.

Donc il faudrait croire qu'une bulle à symétrie sphérique parfaite conformément au théorème de Birkhov est non répulsive et non soumise à l'expansion tandis que la moindre asphéricité la rendrait tout d'un coup répulsive et soumise à l'expansion homogène!!
Hallucinant! si les régles du jeu que l'on met dans ces simulation sont complètement à coté de la plaque dans un cas particulier idéal , je ne vois guère comment elle pourrait ne pas être au mieux très incorrectes dans un cas réèl d'une bulle légèrement asphérique ou au vide imparfait.
De toute facon, il est évident que pour être crédibles les simulations ne peuvent se permettre de contredire de facon aussi flagrante le théorème de Birkhov (si je mets une bulle à symétrie sphérique dans une telle simul avec ces règles, elle gonfle!!! ) même s'il ne concerne qu'un cas idéal qui n'est jamais réalisé en pratique!

Dans les simulations des grandes structures, un soin particulier est apporté aux conditions initiales : il faut introduire des petites fluctuations, qui donneront par effondrement gravitationnel les grandes structures, en respectant un certain spectre de puissance (typiquement un spectre invariant d'échelle comme en donne les théories d'inflation).

Attention! je ne parle pas des petites fluctuations du domaine linéaire pour lesquelles effectivement les sous densité doivent s'accentuer tout comme les surdensités (en tout cas si la méthode perturbative n'a pas de pathologie cachée!). Ce que le théorème de Birkhov dit c'est que quand tu approches de la non linéarité (vide ou milieu raréfié) la tendance est clairement inverse: la bulle n'est plus du tout répulsive et se déconnecte du Hubble flow!

F H-C

[Coincoin]

Tu aurais des références sur le théorème de Birkhov ? J'aimerais voir les hypothèses, et comment il s'intègre à une cosmologie avec une constante cosmologique. Mais la seule chose que je trouve sur arXiv est un article d'un certain Frédéric Henry-Couannier

[A voir en vidéo sur Futura]

[GillesH38a]

Or la RG est formelle dans le cas d'une bulle vide à symétrie parfaite dans un background homogène, le théorème de Birkhov dit que la métrique dans la bulle est celle de Minkowski : non seulement pas de gravité (pas d'effet répulsif succeptible d'être exploité pour faire croitre la bulle) mais encore bulle non soumise à l'expansion du background ?

Ca ne me parait pas contradictoire : ce n'est pas la bulle vide qui s'étend, c'est la matière autour ! La métrique peut très bien être plate à l'intérieur de la bulle et les parois s'étendre, il n'y a pas de contradiction.

Il n'y a pas de force répulsive sur les parois effectivement, mais c'est l'inertie du mouvement d'expansion de départ qui fait croitre la bulle.

[henryco]

Tu aurais des références sur le théorème de Birkhov ? J'aimerais voir les hypothèses, et comment il s'intègre à une cosmologie avec une constante cosmologique. Mais la seule chose que je trouve sur arXiv est un article d'un certain Frédéric Henry-Couannier

Ben moi j'ai comme tout un chacun mon cours de base préféré: le "gravitation et cosmologie" de Weinberg. La démonstration y est p337 p338.
p474 appliqué à la cosmo
p475 : qui montre que le caractère non répulsif et statique d'une bulle est un effet typiquement de RG: la même bulle dans un cadre Newtonien est clairement répulsive...
J'ai refait le calcul dans le cas avec constante cosmologique: sans surprise et straightforward: tu as certes l'effet répulsif du vide mais la métrique est toujours statique: pas de Hubble flow ni d'effet répulsif de masse négative effective chassée par le vide de la bulle dans la distrib homogène! donc même dans un cadre avec constante cosmologique tu n'a pas le droit d'appliquer le hubble flow a ta bulle ce que toutes les simuls font puisqu'elles supposent le principe cosmologique.


La régle du jeu qui semble donc en vigueur dans ces simuls est donc plus conforme à Newton qu'à la RG dans le domaine hautement non linéaire!
La référence la plus sérieuse et la plus pertinente pour ce problème et vers laquelle on converge en suivant les articles qui s'interessent au problème de la formation des vides de l'univers est gr-qc/9604054 qui confirme qu'il y a une condition non linéaire (Eq 3.10) qui implique des conditions à l'infini
(l'application du théorème de Gauss Newtonien repose sur des conditions asymptotiques de décroissance essentielles contrairement à Birkhov) indispensables pour pouvoir appliquer l'approximation Newtonienne, une condition non triviale qui n'est pas réalisée en cosmologie et qui peut d'un seul coup rendre un vide répulsif quand on fait l'approximation quand même alors qu'il ne devrait pas l'être en toute rigueur.


Pour répondre aussi à Gillesh38, je ne sais pas pourquoi les bulles des simuls croissent. Personne ne semble vraiment savoir étant donné la confusion générale dans les articles sur le sujet ou chacun y va de son feeling comme Gillesh38: ce peut être pour la raison qu'il donne (même si l'inertie de l'expansion...mouais), ce peut être la constante comologique, ce peut être une illusion (les vides ne seraient pas vraiment vide) ...en passant en revue tout ce qui traine et que j'ai pu lire ...
Mais ce qui importe vraiment c'est que
ca pourrait aussi être (et beaucoup plus probablement), clairement à cause de la régle Newtonienne qui y est appliquée, une sous densité maximalement répulsive (se comportant comme un delta_m négatif, comme dans le domaine linéaire) ET soumise au Hubble flow: régle gravement erronée au moins dans le cas à symétrie sphérique parfaite.

Ce qui est amusant c'est que des types partisans d'une beaucoup moins non linéaire et beaucoup plus Newtonienne théorie que la RG pourraient se dire : chouette ! nous au moins on peut faire croitre des bulles et les former gràce à notre vide répulsif ce qu'en principe la RG ne peut pas faire! quelle ne serait pas leur bonne surprise
de réaliser alors que toutes les simulations sur le marché fonctionnent très exactement avec leurs règles et pas celles-qu'ils s'attendaient à trouver si on avait respecté la RG ?

[GillesH38a]

Ce qui est amusant c'est que des types partisans d'une beaucoup moins non linéaire et beaucoup plus Newtonienne théorie que la RG pourraient se dire : chouette ! nous au moins on peut faire croitre des bulles et les former gràce à notre vide répulsif ce qu'en principe la RG ne peut pas faire! quelle ne serait pas leur bonne surprise

Je ne defends pas absolument les simulations cosmologiques, il se peut qu'il y ait des artefacts (ce ne serait pas la première fois ! ) et tu peux publier dessus si tu le penses !

Ce que je disais , c'est que je ne vois pas en quoi la métrique plate à l'intérieur empeche une bulle de croitre. Imagine une explosion de supernova de type Ia ne laissant aucun coeur type étoile à neutron : une fois que l'enveloppe est soufflée , elle forme une coquille en expansion, et la métrique est plate à l'intérieur d'après le théorème de Birkhof que tu rappelles; où est le problème?

[henryco]

Je ne defends pas absolument les simulations cosmologiques, il se peut qu'il y ait des artefacts (ce ne serait pas la première fois ! ) et tu peux publier dessus si tu le penses !

Ce que je disais , c'est que je ne vois pas en quoi la métrique plate à l'intérieur empeche une bulle de croitre. Imagine une explosion de supernova de type Ia ne laissant aucun coeur type étoile à neutron : une fois que l'enveloppe est soufflée , elle forme une coquille en expansion, et la métrique est plate à l'intérieur d'après le théorème de Birkhof que tu rappelles; où est le problème?

Comme je disais au email précédent je ne vois pas d'inconvénient majeur à ce que ton mécanisme basé sur l'inertie de l'explosion initiale des bulles dans le domaine linéaire contribue...mais je vois mal comment le fait de faire jouer la force répulsive des origines jusqu'a aujourdhui au lieu de seulement l'inertie initiale ne va pas booster de facon importante le processus et avoir une influence majeure sur le résultat final: lorsquon parle d'accord des simuls avec les observations, il s'agit comme tu sais d'un accord quantitatif qui prédit la taille des bulles...etc
En ce qui concerne
- l'effet de constante cosmo je pense également qu'on peut l'exclure tout de suite étant donné que cet effet répulsif du vide joue de facon homogène i.e. de la même facon dans les vides et dans leur environnement et ne pourrait donc expliquer la croissance des vides par rapport à cet envirronement.
- Un hubble flow homogène, à priori idem mais si, comme on devrait le faire,
le hubble flow ne joue pas du tout ou moins dans les vides que dans leur environnement ca irait clairement dans le mauvais sens

Quant à publier quoi que ce soit, je n'en ai pas l'intention puisque ce serait cautionner ce système des revues à referee qui selon moi est féodal comme j'en ai déja fait la triste expérience: il est tout à fait anormal qu'un referee puisse refuser un papier d'autorité sans même prendre la peine d'engager un débat i.e. de permettre à l'interessé de défendre son travail.

F H-C

[Coincoin]

Personnellement, je pense comme Gillesh38 : la définition de la taille de la bulle vide se fait par la matière. C'est la frontière qui compte. Or cette frontière n'est pas soumise à Birkhoff. Donc elle peut s'expandre et suivre le flot de Hubble. Ce n'est pas pour autant que deux particules test placées au milieu de la bulle s'éloigneront.

Je ne sais pas s'il y a des simulations purement relativistes, s'amusant à résoudre les équations d'Einstein.

[henryco]

Personnellement, je pense comme Gillesh38 : la définition de la taille de la bulle vide se fait par la matière. C'est la frontière qui compte. Or cette frontière n'est pas soumise à Birkhoff. Donc elle peut s'expandre et suivre le flot de Hubble. Ce n'est pas pour autant que deux particules test placées au milieu de la bulle s'éloigneront.

Gsh38, sauf erreur d'interprétation de ma part ne parle pas du Hubble flow mais de l'inertie due à l'explosion initiale des bulles, la source de cette explosion étant une sous densité initiale répulsive.

Quant au recollement d'une solution intérieure statique avec une solution asymptotiquement en expansion, cela m'étonnerait énormément qu'il se fasse de façon si discontinue que la frontière de la bulle soit soumise au Hubble flow asymptotique. Toutes les solutions qui font du recollement entre solution locale et de Background (de type Mc Vittie) le font de facon continue et progressive. DOnc pour moi la frontière est bien largement déconnectée du Hubble flow .

Je ne sais pas s'il y a des simulations purement relativistes, s'amusant à résoudre les équations d'Einstein.

La problèmatique n'est pas liée à la nature relativiste ou non de l'approximation: l'approximation non relativiste est ici largement justifiée.
C'est la linéarisation abusive qu'implique l'approximation Newtonienne dans le cas d'un vide qui pose question. Dailleurs le papier que je signalais posait la question de la validité de l'approx newtonienne en partant d'une RG galliléenne (non relativiste).