masses cosmologiques

[invite499b16d5]

Bonjour à tous, heureux de vous retrouver après une fort longue absence!
J'ai une question précise qui touche à la cosmologie, mais comme c'est son aspect relativiste qui m'intéresse, je la mets ici dans la Physique.
Quand on mesure la masse d'une galaxie lointaine ou d'un amas, on utilise les vitesses de révolution des corps qui les composent.
Quand ces objets sont très loin (z>3, par exemple) on sait aussi qu'ils s'éloignent de nous à des vitesses qui deviennent non négligeable par rapport à c.
La relativité nous dit alors que leur masse par rapport à nous est plus élevée que leur masse "intrinsèque".
Comment ces masses plus élevées doivent-elles être comptabilisées dans la masse totale de l'univers, ou de la portion d'univers étudiée?
Il semble que du simple fait de l'expansion, l'univers a une masse bien plus grande (pour tout observateur) que la somme des masses de ses parties...
Je ne cherche pas à insinuer que la masse invisible pourrait venir de là, puisqu'elle se manifeste même à un niveau local, et là l'ordre de grandeur n'y est pas.
Mais c'est quand même troublant de ne pas pouvoir parler de la masse de l'univers de façon univoque. Je me demande comment font les astrophysiciens pour parler tranquillement de masse, de densité, etc... quand l'expansion à elle seule dérègle toutes les mesures.
Dans le même ordre d'idée, j'ai une question apparentée (ou pas): comment peut-on dire qu'un objet céleste nous fuit à telle vitesse alors que ce qu'on voit comme nous fuyant appartient au passé?
Quelle est sa vitesse par rapport à nous aujourd'hui? (Mais je suppose ici que c'est seulement ma méconnaissance mathématique de ce qu'on appelle une quadrivitesse qui me laisse sec...)
En somme, ça rejoint une question que je me suis mille fois posée: quelle réalité physique possède une "vitesse" dans l'univers d'Einstein? D'autant plus que si on pose c=1 sans dimension, le temps et l'espace étant vus comme interchangeables, toutes les vitesses sont sans dimension, et les accélérations sont logées à la même enseigne.
Voilà de quoi relancer l'éternel débat: "mais bon sang, dans quel monde vivons-nous!"
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[Coincoin]

Salut,

La relativité nous dit alors que leur masse par rapport à nous est plus élevée que leur masse "intrinsèque".

Non. http://forums.futura-sciences.com/ph...tml#post321709

Pour le reste, le problème revient à décider ce qu'on appelle le présent. En gros, il faut couper une tranche dans l'espace-temps et donc choisir son orientation. Le problème, c'est que la relativité nous apprend que bouger c'est faire une rotation (hyperbolique) dans l'espace-temps. Donc deux observateurs en mouvement ne seront pas d'accord sur le "présent". Là où ça s'arrange en cosmologie, c'est qu'il y a un référentiel privilégié : celui dans lequel la matière remplissant l'Univers est en moyenne au repos. Si on se place dans ce référentiel pour couper notre tranche d'espace-temps, on a donc une définition du temps (appelé "temps cosmique") claire et sur laquelle tout le monde peut s'accorder. Et on peut alors joyeusement parler de tout un tas de grandeurs sans ambigüité.

[invite499b16d5]

OK pour les temps, mais ma question portait principalement sur les masses.
Si je traduis comme j'entends, nous avons une chance extraordinaire: il existe un référentiel dans lequel l'ensemble de la matière est en moyenne au repos, c'est celui défini par le fait que la matière y est globalement au repos (celui découlant du Big Bang je suppose).
C'est toujours bon à savoir. En se plaçant dans ce référentiel, nous n'avons donc pas à craindre que les impulsions-énergie se mettent à grimper sans prévenir. Mais il reste le fait que l'impulsion-énergie des astres lointains, qui pour un observateur terrestre (ou même quelconque) tend vers l'infini quand on s'approche de l'horizon cosmologique, doit se traduire physiquement par quelque chose, par des effets, ou alors la RR n'a pas de sens. Comment prend-on en compte ce fait mesurable depuis notre situation terrestre?

[invitebd2b1648]

NON !

L'énergie-impulsion n'augmente ni ne diminue comme par enchantement et il n'y a pas de référentiel du Big-Bang il n'y a que des référentiels comobiles qui valent le coup de références !

DarkOctani !

Pas cordialement !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gloubiscrapule]

Mais il reste le fait que l'impulsion-énergie des astres lointains, qui pour un observateur terrestre (ou même quelconque) tend vers l'infini quand on s'approche de l'horizon cosmologique, doit se traduire physiquement par quelque chose, par des effets, ou alors la RR n'a pas de sens. Comment prend-on en compte ce fait mesurable depuis notre situation terrestre?

Non c'est pas l'énergie-impulsion qui tend vers l'infini (alias vitesse) mais le décalage spectral, et celui n'est pas un décalage spectral par effet Doppler (qui fait intervenir une vitesse) mais un décalage spectral causé par l'expansion de l'univers: cette dernière "étend" la longueur d'onde des photons tout comme la distance entre les galaxies. Mais les objets bougent toujours à la même vitesse.

[invite499b16d5]

Ah bon? Les galaxies lointaines ne s'éloignent pas de nous? Leur "vitesse" ne serait qu'un effet géométrique? Mais à quoi sert la géométrie, sinon à faire des mesures?
Rappelons qu'Einstein lui-même, quand il a écrit les équations de la RG (et à plus forte raison celles de la RR) ne croyait même pas à un univers en expansion. Les formules de la RR s'appliquent à toute vitesse relative (ce qui entre parenthèses est un pléonasme), coordonnées comobiles ou pas. Il serait étonnant que la généralisation de la RR ait pour résultat de venir vider ses résultats de leur sens.
Jusqu'à ce qu'on me démontre le contraire, je crois que l'impulsion-énergie d'une galaxie lointaine, si on peut la mesurer, doit donner un résultat bien plus grand que si cette galaxie était notre voisine Andomède.

[Gloubiscrapule]

Ah bon? Les galaxies lointaines ne s'éloignent pas de nous? Leur "vitesse" ne serait qu'un effet géométrique? Mais à quoi sert la géométrie, sinon à faire des mesures?

Leur vitesse se mesure par effet doppler, mais le décalage spectral des galaxies qu'on observe est la somme du décalage spectral Doppler + le décalage spectral lié à l'expansion. Le premier te donne la vitesse, le deuxième n'est pas une vitesse, même si souvent dans la vulgarisation on parle de vitesse de fuite des galaxies, mais ce n'est pas une vraie vitesse au sens de la relativité restreinte. Sinon comment expliquer un décalage spectral supérieur à 1, car celà supposerait une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière.

Rappelons qu'Einstein lui-même, quand il a écrit les équations de la RG (et à plus forte raison celles de la RR) ne croyait même pas à un univers en expansion. Les formules de la RR s'appliquent à toute vitesse relative (ce qui entre parenthèses est un pléonasme), coordonnées comobiles ou pas. Il serait étonnant que la généralisation de la RR ait pour résultat de venir vider ses résultats de leur sens.

La vitesse relative est un déplacement relatif divisé par un temps. On mesure le déplacement par la variation de "graduations d'espace". L'expansion affecte la longueur des graduations, des objets immobiles ne se déplaceront pas l'un par rapport à l'autre mais leur distance entre eux augmente quand même, mais ils n'ont pas pour autant de vitesse relative au sens de la RR.

Jusqu'à ce qu'on me démontre le contraire, je crois que l'impulsion-énergie d'une galaxie lointaine, si on peut la mesurer, doit donner un résultat bien plus grand que si cette galaxie était notre voisine Andomède.

Si tu as raison beaucoup de galaxies vont plus vite que la lumière...

[invite499b16d5]

Leur vitesse se mesure par effet doppler, mais le décalage spectral des galaxies qu'on observe est la somme du décalage spectral Doppler + le décalage spectral lié à l'expansion. Le premier te donne la vitesse, le deuxième n'est pas une vitesse, même si souvent dans la vulgarisation on parle de vitesse de fuite des galaxies, mais ce n'est pas une vraie vitesse au sens de la relativité restreinte.

Oui, mais ce que tu appelles la "vitesse réelle" devient vite négligeable devant celle de récession pour les objets lointains. Je ne m'intéresse pas à ces fluctuations... browniennes.

Sinon comment expliquer un décalage spectral supérieur à 1, car celà supposerait une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière.

Ah bon? Je croyais qu'un z=1 donne 60% de la vitesse-lumière, tandis qu'un z à 4 correspond à 92%.

La vitesse relative est un déplacement relatif divisé par un temps.
On mesure le déplacement par la variation de "graduations d'espace".

C'est bien pourquoi le concept de vitesse ne semble aussi difficile à comprendre. Car non seulement les "graduations d'espace" s'étirent, mais en plus le temps par lequel on essaie de diviser n'est pas le même en A, en B, ou si l'on considère le segment AB "vu de loin". Je comprendrai sans doute tout ça dans une vie future.

Si tu as raison beaucoup de galaxies vont plus vite que la lumière...

Non, puisque de toute façons ce serait vrai uniquement pour celles qui sont au delà de l'horizon, et par définition nous ne saurions les mesurer!

[invite499b16d5]

Leur vitesse se mesure par effet doppler, mais le décalage spectral des galaxies qu'on observe est la somme du décalage spectral Doppler + le décalage spectral lié à l'expansion. Le premier te donne la vitesse, le deuxième n'est pas une vitesse, même si souvent dans la vulgarisation on parle de vitesse de fuite des galaxies, mais ce n'est pas une vraie vitesse au sens de la relativité restreinte.

Oui, mais ce que tu appelles la "vitesse réelle" devient vite négligeable devant celle de récession pour les objets lointains. Je ne m'intéresse pas à ces fluctuations... browniennes.

Sinon comment expliquer un décalage spectral supérieur à 1, car celà supposerait une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière.

Ah bon? Je croyais qu'un z=1 donne 60% de la vitesse-lumière, tandis qu'un z à 4 correspond à 92%.

La vitesse relative est un déplacement relatif divisé par un temps.
On mesure le déplacement par la variation de "graduations d'espace".

C'est bien pourquoi le concept de vitesse ne semble aussi difficile à comprendre. Car non seulement les "graduations d'espace" s'étirent, mais en plus le temps par lequel on essaie de diviser n'est pas le même en A, en B, ou si l'on considère le segment AB "vu de loin". Je comprendrai sans doute tout ça dans une vie future.

Si tu as raison beaucoup de galaxies vont plus vite que la lumière...

Non, puisque de toute façons ce serait vrai uniquement pour celles qui sont au delà de l'horizon, et par définition nous ne saurions les mesurer!

[Gloubiscrapule]

Oui, mais ce que tu appelles la "vitesse réelle" devient vite négligeable devant celle de récession pour les objets lointains. Je ne m'intéresse pas à ces fluctuations... browniennes.

Exact le décalage spectral par effet Doppler (en gros un millième pour une galaxie allant à 300km/s) devient négligeable quand la distance est grande.

Ah bon? Je croyais qu'un z=1 donne 60% de la vitesse-lumière, tandis qu'un z à 4 correspond à 92%.

Non. Et c'est pour ça qu'il faut parler de redshift et pas de vitesse d'éloignement, puisque ça n'a pas de sens de parler de vitesse égale à 4c.

Non, puisque de toute façons ce serait vrai uniquement pour celles qui sont au delà de l'horizon, et par définition nous ne saurions les mesurer!

Tu as une mauvaise définition de l'horizon. L'horizon n'est PAS la zone où la "vitesse d'éloignement" égale c, mais la zone où la lumière mettrait plus que l'âge de l'univers pour nous parvenir. Sans expansion celà correspondrait à 13,7 milliards d'année-lumière, mais en prenant en compte qu'entre temps l'espace s'est dilaté, ça nous donne environ 46 milliards d'années lumières. La lumière des objets situées à cette distance a mis 13,7 milliards d'années pour nous parvenir.

[invite499b16d5]

Tu as une mauvaise définition de l'horizon. L'horizon n'est PAS la zone où la "vitesse d'éloignement" égale c, mais la zone où la lumière mettrait plus que l'âge de l'univers pour nous parvenir. Sans expansion celà correspondrait à 13,7 milliards d'année-lumière, mais en prenant en compte qu'entre temps l'espace s'est dilaté, ça nous donne environ 46 milliards d'années lumières. La lumière des objets situées à cette distance a mis 13,7 milliards d'années pour nous parvenir.

Sur ce dernier point j'admets l'imprécision de mon horizon, et je te remercie de rectifier, et qui plus est de façon quantitative.
Sur la définition de z, je ne suis pas d'accord: il ne s'agit pas de z fois la vitesse de la lumière, il s'agit de ceci:
v = c [ (1+ z)^2 - 1 ] / [ (1+ z)^2 + 1 ]
où l'on voit que v tend vers c quand z tend vers l'infini, et non pas vers 1!

[Gloubiscrapule]

Sur la définition de z, je ne suis pas d'accord: il ne s'agit pas de z fois la vitesse de la lumière, il s'agit de ceci:
v = c [ (1+ z)^2 - 1 ] / [ (1+ z)^2 + 1 ]
où l'on voit que v tend vers c quand z tend vers l'infini, et non pas vers 1!

C'est vrai j'avais oublié que v=cz est vrai seulement pour v<<c.
Mais le décalage spectral observé des astres lointains ne correspond pas à effet Doppler mais à l'expansion.

[invite499b16d5]

Mais le décalage spectral observé des astres lointains ne correspond pas à effet Doppler mais à l'expansion.

Nous sommes bien d'accord. Mais ma question porte justement là-dessus: que ce soit une "vraie vitesse" ou une vitesse due à l'expansion de l'espace (chose dont tout le monde parle allègrement alors qu'on est bien en peine de comprendre ce qu'est l'espace lui-même), je cherche à savoir si aux yeux de la RR, on doit faire comme s'il y avait mouvement relatif entre l'observateur et l'observé, ou pas.
Après tout, que nous importe la cause métaphysique du phénomène: ce qui est certain, c'est que pour atteindre ces galaxies, il nous faudrait aujourd'hui davantage de coups de rame qu'hier.

PS: j'avoue avoir mal choisi mon image: car ramer nécessite un éther... allons bon, dans quelle galère...

[Gloubiscrapule]

Nous sommes bien d'accord. Mais ma question porte justement là-dessus: que ce soit une "vraie vitesse" ou une vitesse due à l'expansion de l'espace (chose dont tout le monde parle allègrement alors qu'on est bien en peine de comprendre ce qu'est l'espace lui-même), je cherche à savoir si aux yeux de la RR, on doit faire comme s'il y avait mouvement relatif entre l'observateur et l'observé, ou pas.

Non car la vitesse en RR nécessite un déplacement dans l'espace, alors qu'avec l'expansion c'est l'espace lui-même qui augmente. Il n'y aucun déplacement dans l'espace.

Après tout, que nous importe la cause métaphysique du phénomène: ce qui est certain, c'est que pour atteindre ces galaxies, il nous faudrait aujourd'hui davantage de coups de rame qu'hier.

PS: j'avoue avoir mal choisi mon image: car ramer nécessite un éther... allons bon, dans quelle galère...

Si on cherche un jour à les atteindre...

[invite499b16d5]

Non car la vitesse en RR nécessite un déplacement dans l'espace, alors qu'avec l'expansion c'est l'espace lui-même qui augmente. Il n'y aucun déplacement dans l'espace.

Il me semble que la RR ne fait aucune hypothèse sur la nature de l'espace. Elle admet simplement qu'il est mesurable.
Expérience de pensée: on construit une grande règle flottant dans l'espace, avec pour seul impératif de la prolonger toujours en ligne droite. Après beaucoup de temps et d'efforts, cette règle joint notre galaxie à une autre très distante (on admet qu'on passe à travers les bulles de vide pour éviter les champs intenses qui pourraient la tordre).
Je serais curieux de savoir si la règle va se trouver en expansion. Et si chaque millimètre gradué dessus va également être en expansion, ce qui devrait pouvoir se voir sans bouger beaucoup.
Il me semble dans le même ordre d'idée que si un photon voit sa longueur d'onde étirée, tout appareil susceptible de la mesurer devrait être étiré d'autant, et donc ne détecter aucun redshift. En somme, ce redshift "non Doppler" me paraît bien étrange.

[invite499b16d5]

Une question sûrement idiote, vous avez le choix entre oui, non ou peut-être:
l'anomalie des sondes Pioneer pourrait-elle être liée à l'expansion?

[stefjm]

Une question sûrement idiote, vous avez le choix entre oui, non ou peut-être:
l'anomalie des sondes Pioneer pourrait-elle être liée à l'expansion?

Le temps de faire une analyse dimensionnelle et la réponse devrait pouvoir être estimée.

[Gloubiscrapule]

Expérience de pensée: on construit une grande règle flottant dans l'espace, avec pour seul impératif de la prolonger toujours en ligne droite. Après beaucoup de temps et d'efforts, cette règle joint notre galaxie à une autre très distante (on admet qu'on passe à travers les bulles de vide pour éviter les champs intenses qui pourraient la tordre).
Je serais curieux de savoir si la règle va se trouver en expansion. Et si chaque millimètre gradué dessus va également être en expansion, ce qui devrait pouvoir se voir sans bouger beaucoup.

Bonne question! Je suis pas sur que la règle entrera en expansion car la force de cohésion d'un solide est à mon avis bien plus forte que l'expansion. Rien qu'un peu de gravitation dans les galaxies et les amas les détachent de l'expansion...

Il me semble dans le même ordre d'idée que si un photon voit sa longueur d'onde étirée, tout appareil susceptible de la mesurer devrait être étiré d'autant, et donc ne détecter aucun redshift. En somme, ce redshift "non Doppler" me paraît bien étrange.

Sauf que l'appareil n'a pas voyagé pendant des millions/milliards d'années, donc aucune raison qu'il soit étiré d'autant.

Une question sûrement idiote, vous avez le choix entre oui, non ou peut-être:
l'anomalie des sondes Pioneer pourrait-elle être liée à l'expansion?

Je dirais NON. D'une part à l'échelle des amas de galaxies et à fortiori des galaxies et à fortiori du systèle solaire, l'expansion n'intervient pas car la gravitation est plus forte. D'autre part si c'était la cause je pense qu'on le saurait depuis le temps, faut pas prendre les chercheurs pour des abrutis qui ne pensent pas à tout...