L'expansion de l'univers se produit-elle partout ? - Page 4
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L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?



  1. #91
    Amanuensis

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?


    ------

    Citation Envoyé par Pio2001 Voir le message
    Donc, si je comprends bien, l'expansion de l'espace, c'est l'effet résiduel de la distribution de l'ensemble des masses de l'univers sur une région d'espace vide.
    Je ne dirais pas "résiduel", mais sinon, c'est comme cela que je le vois.

    Le modèle menant à l'expansion est celui avec une densité d'énergie uniforme. À strictement parler, faudrait remplacer "vide" par "à la densité d'énergie moyenne". Une solution des équations de la RG comprends deux aspects : l'un est la partie du champ de métrique déterminée par l'équation d'Einstein, et qui dépend des conditions locales (10 parmi les 20 composantes du tenseur de Riemann), l'autre (les 10 composantes restante, le tenseur de Weyl) est ce qui est déterminé par les conditions "au loin" (et aux limites). Par exemple la solution de Schwarzschild est une solution avec un espace-temps vide (l'équation d'Einstein est donc Gmunu=0), avec une condition aux limites déterminée soit par une singularité, soit par un horizon, selon la manière de voir.

    Je compare la partie "tenseur de Weyl" à la courbure d'une bulle de savon, qui est déterminée par les conditions aux limites (par sur ce sur quoi s'accroche la bulle de savon). Et cette partie est très important : c'est celle qui est à l’œuvre quand on calcule les trajectoires de planètes et de sondes dans le Système Solaire!

    Il est possible que je me trompe (pas fait le calcul), mais si on prend un modèle type densité d'énergie-q.m. homogène et isotrope sauf en une petite région qui est vide, alors le tenseur de courbure reste non nul dans la partie vide. Reste à montrer que son effet sur une géodésique genre lumière la traversant reste non nul.

    Mais cela peut être vu comme un détail. On peut très bien proposer que la région ait la densité d'énergie moyenne, et de considérer les masses comme le Soleil comme ce qu'elles ajoutent à cette densité moyenne. Regardons les chiffres : la densité critique exprimée en unité "masse de proton par mètre cube" est de l'ordre de 6. Qu'on calcule la gravitation dans le Système Solaire en enlevant ou non 6 protons par mètre cube ne va pas changer significativement le résultat

    Si des masses distribuées de façon hétérogène se trouvent à proximité, leur influence est bien plus grande et masque cette expansion.
    Oui

    Concrètement, comment mesure-t-on l'expansion de l'espace ? Grâce au décalage vers le rouge de la lumière qui a traversé cet espace.
    Pas bien sûr qu'on le mesure ! On fait l'hypothèse d'un espace-temps se présentant "à grande échelle" comme un espace-temps de type FLRW. Et on "cale" les paramètres libres par différentes mesures, dont par exemple le décalage vers le rouge moyen du CMB. Comme on obtient des résultats cohérents, on se satisfait du résultat et on en tire une idée qualitative et quantitative de l'expansion.

    Quand on mesure le décalage vers le rouge d'une galaxie particulière, on mesure ce décalage vers le rouge! Et de là on déduit, via le modèle avec expansion, la "durée" de parcours du rayon lumineux. (Durée entre guillemets, puisqu'une trajectoire de genre lumière n'a pas de durée ni de longueur propre.)

    En mettant bout à bout ces morceaux d'explications, peut-on apporter les réponses ci-dessous à la question posée au départ, "L'expansion de l'univers se produit-elle partout" ?
    Je n'en sais rien. Il s'agit d'une question d'un type assez courant, celles dont le sens devient d'autant plus flou qu'on cherche à le cerner au plus près. (Celles par de ce type sont exprimées en termes mathématiques )

    Ceci dit, les éléments proposés ensuite sont bien les éléments clé, et si une réponse peut être donnée, elle doit prendre en compte ces éléments.

    -Le rougissement de la lumière dû à l'expansion de l'univers et le rougissement de la lumière dû à la gravitation terrestre résultent exactement du même phénomène physique.
    Oui, au sens de la "rotation" relative à la métrique du qv énergie-q.m de la lumière, rotation imposée par la courbure non nulle de l'espace-temps, cette non-nullité venant à la fois d'effets de masses (et énergie et q.m.) proches, lointaines, et de conditions aux limites.

    -La gravitation terrestre, localement dominante par rapport à l'expansion de l'espace, ne gène pas les mesures de décalage vers le rouge effectuées dans les observatoires, car la lumière qui vient des galaxies lointaines passe à peine une seconde au voisinage de la Terre, tandis qu'elle a subi l'expansion de l'univers pendant des centaines de millions d'années.
    Oui

    -les champs de gravitation de la Terre, de la Lune et du Soleil impriment à l'espace qui nous entoure des déformations, qui incluent des effets de dilatation et de contraction, bien plus grandes que ne le fait l'expansion cosmologique.
    Oui. Ou plutôt en remplaçant "les champs de gravitation" par "la présence", "à l'espace" par "à l'espace-temps", et en prenant "déformation" comme "une différence par rapport à l'espace-temps plat, différence caractérisée par le tenseur de courbure, non nul". [Même en prenant, comme référence pour ce qui est "déformé" ou pas, l'espace-temps FLRW de densité critique (pourquoi pas ?) la proposition reste vraie : le mot "déformation" est ambigu!]

    -----
    Dernière modification par Amanuensis ; 18/02/2013 à 08h23.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  2. #92
    Pio2001

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?

    Merci pour ta réponse détaillée, Amanuensis.
    Dans un espace vectoriel discret, les boules fermées sont ouvertes.

  3. #93
    invite6754323456711
    Invité

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    JOu plutôt en remplaçant, "à l'espace" par "à l'espace-temps",
    Concernant la notion d'espace (difficile à appréhender), mon interrogation se rapportait au discours de Poincaré sur La notion d’espace.

    Patrick

  4. #94
    invite51d17075
    Animateur Mathématiques

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?

    bonsoir,
    le fait est que "globalement" , l'univers est sensé être homogène et isotrope.
    ou ce n'est absolument pas le cas au niveau local.
    en se sens il me semble difficile de définir et surtout mesurer de la même manière localement et globalement.
    un peu comme un green globalement plat mais avec des variations.
    peut on tj parler d'une seule metrique applicable dans ce cas ?

  5. #95
    Amanuensis

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?

    Pour reprendre une fois de plus la même analogie, suffit de regarder la surface de la Terre (ou plutôt le géoïde). Elle a une courbure "globale", qu'on modélise comme étant celle d'un ellipsoïde (un ellipsoïde de référence (1)), et il a une "forme" locale (et une courbure locale) fort variable, déterminée par les conditions locales.

    (1) Il y en a plusieurs...

    La question "une seule métrique ?" (plus proprement "un seul champ de métrique") revient a se demander s'il y a bien en tout point du géoïde un plan horizontal qu'on peut munir d'une structure euclidienne, ou autrement dit de deux vecteurs qu'on va pouvoir considérer comme orthogonaux et tous deux de taille 1 mètre.

    Il y a bien d'autres champs de métrique. Par exemple un non pas sur le géoïde, mais sur l'ellipsoïde de référence. Les plans tangents en un point resp. au géoïde et à l'ellipsoïde sont en général différents : il y a un petit angle entre les deux. On peut "projeter" sur le plan tangent au géoïde les vecteurs orthonormés pris dans le plan tangent à l'ellipsoïde, et ainsi fabriquer un second champ de métrique sur le géoïde.

    Cette seconde métrique sur le géoïde est artificielle, issue d'une sorte de prise de moyenne à l'échelle planétaire. Si on construit une maison quelque part, on utilisera le plan horizontal du géoïde, et la métrique euclidienne sur ce plan plutôt que l'artificielle.

    Pour l'espace-temps, l'espace-temps FLRW et sa métrique sont l'équivalent de l'ellipsoïde, et les phénomènes physiques sont organisés localement selon un espace vectoriel tangent avec sa métrique minkowskienne déterminé principalement par les conditions locales.

    Se poser la question si l'expansion est partout est équivalent à se poser la question si la courbure de la Terre, au sens de la courbure de l'ellipsoïde, est partout. On peut répondre aussi bien oui que non. Oui, parce que n'importe où, il suffit de regarder assez loin pour la constater (bateaux disparaissant progressivement sous l'horizon, ...) ; non, parce que localement la seule métrique ayant un sens pratique est celle du géoïde, et la courbure mesurable est celle correspondante, celle du géoïde.
    Dernière modification par Amanuensis ; 19/02/2013 à 06h55.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  6. #96
    invite51d17075
    Animateur Mathématiques

    Re : L'expansion de l'univers se produit-elle partout ?

    je suis d'accord avec tout ça.
    ou du moins, ( car je n'ai pas la prétention d'avaliser ) j'en comprend et accepte le sens !

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