Evolution de l'univers observable

[Murmure-du-vent]

Bonjour

J'aimerais savoir si ce qui est ecrit ici est correct.
Il est dit que
on déduit de cette formule que chaque seconde de temps qui s'écoule nous fait découvrir une profondeur d'espace nouvelle de 300 000 kilomètres au-delà des objets s'éloignant le plus rapidement, et de nouveaux objets entrent donc constamment dans l'univers observable pour ne plus jamais en sortir. Aujourd'hui, les objets les plus lointains s'éloignent à une vitesse de 3.409 c {\displaystyle 3.409c} 3.409c et le rayon de l'univers observable de 4.409 c {\displaystyle 4.409c} 4.409c, et à la fin des temps les objets les plus lointains s'éloigneront à une vitesse tendant vers l'infini, mais le rayon de l'univers observable les devancera toujours avec une vitesse c.

Je pose la question car dans un autre fil des forumeurs affirment qu'à cause de l'expansion
des objets disparaissent de l'univers observable.
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[Deedee81]

Salut,

Pas le temps de décortiquer wiki. Juste une précision :

Je pose la question car dans un autre fil des forumeurs affirment qu'à cause de l'expansion
des objets disparaissent de l'univers observable.

Pas à cause de l'expansion, mais à cause de l'accélération de l'expansion.

[pm42]

Il y a cette page qui explique bien et en français :

http://www.lacosmo.com/horizon.fr.html

Il y aussi ceci en anglais qui est intéressant et qui contient des liens vers d'autres infos :

http://curious.astro.cornell.edu/abo...t-intermediate

[Amanuensis]

(...)

Il y a deux notions différentes qui interviennent. La figure 1 de https://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808, en particulier le troisième diagramme, donne les pistes permettant de comprendre.

Si on appelle «univers observable» l'ensemble des lieux comobiles couverts par le cône passé (triangle marqué «light cone» sur le diagramme), il ne fait que grandir. Ce qui entre dedans quand l'observateur avant dans le temps est une nouvelle partie du CMB en pratique (disons la ligne horizontale à 0.001).

Si on appelle «univers observable» ce qui est «maintenant» (la ligne horizontale passant par l'observateur) et à l'intérieur de l'horizon des événements («event horizon» sur le diagramme) alors on voit que c'est de plus en plus petit quand l'observateur avance dans le temps: il y a des lieux (des objets) qui en sortent quand l'observateur avance dans le temps.

L'existence d'un horizon des événements vient de l'expansion, et son effet sur le cône passé est assez clair sur le premier diagramme de la figure 1, où le cône passé prend une forme ovoïde pointue se réduisant en un point à la singularité initiale.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Murmure-du-vent]

Le terme Univers Observable ne saurait faire reference a ce qu'est l'univers "maintenant" (et donc inobservé)
qu'au prix d'un retournement du sens des mots.
pour un observateur c' est l ensemble des evenements advenus depuis le bigbang en relation causale avec lui.

@didier
dans l'autre fil tu ecrivais qu il y avait disparition a cause de l expansion.
ici tu parles de dispation a cause d une acceleration
l'article parle au contraire d'apparition de matiere dans une "sphere" qui grandit

[pm42]

@didier
dans l'autre fil tu ecrivais qu il y avait disparition a cause de l expansion.
ici tu parles de dispation a cause d une acceleration

Ben non, il a tjs parlé de l'accélération de l'expansion...

[Deedee81]

dans l'autre fil tu ecrivais qu il y avait disparition a cause de l expansion.
ici tu parles de dispation a cause d une acceleration

Ah misère de misère, alors j'ai dû faire un lapsus de la mort qui tue. Merci de le signaler. Je vais aller voir tout de suite.

EDIT croisement avec pm42. Ouf, j'ai cru que je devenais fou

[Amanuensis]

Le terme Univers Observable ne saurait faire reference a ce qu'est l'univers "maintenant" (et donc inobservé)
qu'au prix d'un retournement du sens des mots.
pour un observateur c' est l ensemble des evenements advenus depuis le bigbang en relation causale avec lui.

Certes. C'est une vision normative de la terminologie.

Ce n'est pas ça qui va permettre de comprendre ce qu'expliquent des gens ayant un usage autre du terme.

[Amanuensis]

Par ailleurs, l'horizon des événements, et donc le fait que des objets comobiles qui avaient été observables ne le sont plus (ou que des objets comobiles observables maintenant ne le seront pas indéfiniment) est dû à l'expansion, pas à son «accélération». Là encore, c'est clair avec la figure 1 citée: la réduction de ce qui est visible quand t tend vers l'infini est due à ce que le facteur d'échelle tend vers l'infini, ce qui demande seulement une expansion maintenue. Non?

[Murmure-du-vent]

Amanuensis Le fait qu'une réponse se termine par un point d'interrogation est une preuve d'ouverture d esprit.
ma question initiale etait de savoir si un article etait faux
je rappele qu on y lit que chaque seconde des objets entrent dans notre univers observable qui n en sortiront jamais
.

[Amanuensis]

je rappele qu on y lit que chaque seconde des objets entrent dans notre univers observable qui n en sortiront jamais
.

Je me répète (pourquoi le faut-il?):

L'ambiguïté vient de «objets». Ce qui est correct est que, si, dans le cadre FLRW, on définit «univers observable» comme la projection du cône passé sur l'espace comobile, alors «à chaque seconde des lieux comobiles nouveaux apparaissent dans notre univers observable et n'en sortiront jamais». Autrement dit, on voit de plus en plus de lieux, et on verra à tout moment du futur un événement en un lieu (et donc ce qui s'y trouve(ait)) une fois que le lieu est «entré».

Maintenant, que faire du terme «objet»? Est-ce la même chose qu'un lieu comobile?

Et quid de la conjugaison? Quelle est la signification du présent, du passé et du futur si on parle d'un «objet» et non pas de ce qui apparaît à l'observateur?

Ce sont les réponses à ces questions qui font que «n'en sortiront jamais» peut être correct ou non.

Ergo, faut étudier en détail ce qui est signifié dans les affirmations apparemment contraire, disons qu'il y a des «objets qui sortent». Et, selon ma compréhension, c'est directement lié à l'horizon des événements (1).

(1) Et peut-être, pour certains, à la sphère de Hubble, mais c'est peut-être compliquer les choses.

[Lansberg]

Bonjour,

je rappele qu on y lit que chaque seconde des objets entrent dans notre univers observable qui n en sortiront jamais
.

Cela est vrai, pour l'instant. Ce qui va se passer dans un futur lointain, dans le cadre du modèle LambdaCDM, c'est que ce phénomène s'arrêtera ! Avec une constante cosmologique non nulle et un univers en expansion exponentielle, le paramètre de Hubble (H) va tendre vers une valeur égale à Ho√Ω_Λ soit H ~ 55 km/s.Mpc. et le rayon de la sphère de Hubble, Rs, sera égal à c / H soit environ 16,5 G.a.l.
Cela signifie qu'au delà de cette distance nous ne pourrons plus recevoir la lumière des objets qui s'y trouvent.
Dans un tel univers, la lumière d'un objet situé à 15 G.a.l demandera plus de 39 milliards d'années pour nous parvenir. Celle d'un objet situé à 16 G.a.l, environ 56 milliards d'années.
Il n'y aura donc pas de "sortie" des objets "actuels". Il n'y aura plus d'"entrée" d'objets nouveaux.

[Amanuensis]

Cela est vrai, pour l'instant. Ce qui va se passer dans un futur lointain, dans le cadre du modèle LambdaCDM, c'est que ce phénomène s'arrêtera !

Je ne vois pas pourquoi, si on accepte la réécriture dans mon message précédent.

Dans un tel univers, la lumière d'un objet situé à 15 G.a.l demandera plus de 39 milliards d'années pour nous parvenir. Celle d'un objet situé à 16 G.a.l, environ 56 milliards d'années.
Il n'y aura donc pas de "sortie" des objets "actuels". Il n'y aura plus d'"entrée" d'objets nouveaux.

On voit clairement dans ce texte le «maintenant» comobile. Avec en plus (mais ça va ensemble) une notion non précisée de distance. (Rappelons que la distance comobile n'est pas exprimable en années-lumière autrement que via une convention arbitraire.)

Ensuite, je n'arrive pas à lire cela dans la figure 1 du document cité dans mes messages (1), document qui pourtant est bien dans le cadre ΛCDM. Le document est-il faux? Ou ma lecture est-elle fausse? Ou est-on devant un cas que fustige le document, une des «common misconceptions»?

(1) Ou du moins je n'arrive pas à lire que la non entrée d'objets nouveaux arrivera en temps fini. I.e., il y a bien une limite à l'univers observable, mais la non-augmentation (pas d'entrée d'objets nouveaux) est rejetée à l'infini du temps ; ergo à tout moment, passé, maintenant ou futur, il y a entrée d'objets nouveaux.

PS: À condition que l'expansion se continue ; une phase future de contraction change la donne, mais je ne pense pas que ce soit là le problème.

[Lansberg]

On voit clairement dans ce texte le «maintenant» comobile. Avec en plus (mais ça va ensemble) une notion non précisée de distance. (Rappelons que la distance comobile n'est pas exprimable en années-lumière autrement que via une convention arbitraire.)

Ensuite, je n'arrive pas à lire cela dans la figure 1 du document cité dans mes messages (1), document qui pourtant est bien dans le cadre ΛCDM. Le document est-il faux? Ou ma lecture est-elle fausse? Ou est-on devant un cas que fustige le document, une des «common misconceptions»?

Sûrement un manque de clarté dans mon message. Je ne parlais pas de distance comobile mais de distance angulaire (i.e proper distance). Il me semble bien retrouver les données du graphique 1 (le tout premier). On a le facteur d'échelle à droite et la limite de la sphère de Hubble en Glyr qui
tend vers 16 G.a.l.
Me trompe-je ?

(1) Ou du moins je n'arrive pas à lire que la non entrée d'objets nouveaux arrivera en temps fini. I.e., il y a bien une limite à l'univers observable, mais la non-augmentation (pas d'entrée d'objets nouveaux) est rejetée à l'infini du temps ; ergo à tout moment, passé, maintenant ou futur, il y a entrée d'objets nouveaux.

Le rayon de la sphère de Hubble n'augmentant quasiment plus (ou tellement faiblement) à partir d'un facteur d'échelle égal à 4, comment se représenter l'univers observable à partir de cette époque ?

[Amanuensis]

Le rayon de la sphère de Hubble n'augmentant quasiment plus

Pour moi la sphère de Hubble n'intervient pas dans la question de ce qui «entre et sort » de l'Univers observable. La sphère de Hubble parle de la vitesse de récession «au présent», ce qui n'a pas d'effet sur ce qu'on peut observer ou pas.

J'ai bien l'impression qu'il y a des auteurs pour qui «atteindre une vitesse de récession au présent égale à c» est compris comme «sortir» de quelque chose (c'est de la sphère de Hubble), mais cela ne semble pas correspondre à une notion d'univers observable gardant le sens de possibilité d'observation que véhicule l'adjectif «observable».

[Lansberg]

Pour moi la sphère de Hubble n'intervient pas dans la question de ce qui «entre et sort » de l'Univers observable. La sphère de Hubble parle de la vitesse de récession «au présent», ce qui n'a pas d'effet sur ce qu'on peut observer ou pas.

Elle permet de dire que la lumière partant aujourd'hui de tout objet situé en deçà de 13,7 G.a.l ("proper distance") nous parviendra un jour ou l'autre. Les "objets" plus lointains sont "emportés" par une expansion avec une vitesse supérieure à c et leur lumière ne nous atteindrait jamais si H était constante.
Mais comme H diminue, le rayon de la sphère de Hubble (Rs) augmente et des objets qu'on n'aurait pas pu voir deviennent observables. Pour moi il y a donc un lien entre sphère de Hubble et ce qui "entre et sort" de l'univers observable.
Supposons que H se mette à augmenter, alors Rs diminuerait et "des objets" qui faisaient partie de l'univers observable en ressortiraient.

Avec Rs tendant vers 16,5 G.a.l dans un futur plus ou moins lointain on peut "considérer cette distance comme un horizon des interactions, une frontière de la causalité. L’ Univers deviendrait ainsi parcellisé. " (point de vue partagé par A.Albrecht, A. Linde, P.Steinhart).

J'ai bien l'impression qu'il y a des auteurs pour qui «atteindre une vitesse de récession au présent égale à c» est compris comme «sortir» de quelque chose (c'est de la sphère de Hubble), mais cela ne semble pas correspondre à une notion d'univers observable gardant le sens de possibilité d'observation que véhicule l'adjectif «observable».

Dans son sens premier, observable signifie "qui doit être observé". On peut y voir le sens de "possibilité". L'univers observable contiendrait les "objets" dont on pourra recevoir la lumière un jour ou l'autre.

[Amanuensis]

Elle permet de dire que la lumière partant aujourd'hui

Pour moi, dès qu'on introduit un «présent» en RG, on ne parle plus de physique. Ce qui exclut la sphère de Hubble de considérations sur la notion d'univers observable.

Dans son sens premier, observable signifie "qui doit être observé". On peut y voir le sens de "possibilité". L'univers observable contiendrait les "objets" dont on pourra recevoir la lumière un jour ou l'autre.

Dans ce cas (1) c'est la projection spatiale du cône futur infini, cela ne varie pas avec le temps (rien n'y entre, rien n'y sort), et n'a rien à voir avec la sphère de Hubble.

(1) En traduisant «objet» par «lieu comobile», et le reste pris littéralement.

J'imagine qu'une autre interprétation est que cela cache une notion de «univers observable» faisant intervenir un «présent» ; serait intéressant, si c'est le cas, que la définition de cet «univers observable» soit indiquée.

[Murmure-du-vent]

Selon moi la formulation la plus proche du sens commun d' univers observable est celle ci.
c'est pour moi et a un instant donné l'ensemble des evenements que je pourrais possiblement voir si une
information m'en parvenait. J'y ajouterais les evenements anterieurs dont je puis observer les consequences

dans un univers plat c est l interieur du cone du passé. avec le temps ce cone du passé englobe les cones precedenrs.
j'arrive a visualiser les "cones" de lumiere au voisinage d un TN mais je n'arrive pas a visualier comment
evolue ces "cones" en fonction du parametre t de l'observateur en differents cas d expansion.
des diagrammes commentés seraient bienvenus.

C'est precisemment le sens du titre de ce fil

[Amanuensis]

dans un univers plat c est l interieur du cone du passé.

Plat ou pas n'affecte pas la définition.

avec le temps ce cone du passé englobe les cones precedenrs.

oui (donc avec cette définition, il entre à chaque instant quelque chose, et rien n'en sort).

J'arrive a visualiser les "cones" de lumiere au voisinage d un TN

Aparté: Bien plus difficile que le cas de l'espace-temps avec expansion (qui est spatialement homogène et isotrope)!

mais je n'arrive pas a visualier comment evolue ces "cones" en fonction du parametre t de l'observateur en differents cas d expansion.
des diagrammes commentés seraient bienvenus.

Pour moi les diagrammes de la figure 1 du document cité font référence, c'est ce qui me permet de visualiser la situation.

Quelles commentaires faudrait-il?

(Est-ce que le problème est que le doc est en anglais?)
C'est precisemment le sens du titre de ce fil[/QUOTE]

[Lansberg]

Je pense que ce petit article permet d'y voir plus clair sur ce lien entre sphère de Hubble et trajet des photons :
http://xxx.lanl.gov/pdf/1203.0032v1

La figure 2, en particulier, revient sur le modèle actuel (LambdaCDM) pour lequel les auteurs concluent : ".... at late times where Rh asymptotes to a fixed distance from us, so that light rays will spend more and more time changing direction and moving back to the observer; it is at these later times that the Hubble Sphere coincides with the event horizon, truly limiting what we can see."

"Limitant vraiment ce que nous pouvons voir." = univers observable ?

[Amanuensis]

Perso je n'ai pas de problème avec les «trajets de photons» ou la sphère de Hubble. C'est juste que cela ne correspond pas, pour moi, à de la physique. C'est juste un jeu mathématique sur une notion arbitraire (même si privilégiée) de «présent». Pour moi il n'y a pas de notion physique de «présent» s'appliquant «à distance». Ou autrement dit, je m'en passe, j'en suis arrivé à pouvoir réfléchir sans (et ainsi constater son absence de nécessité, ce que je traduis en «non physique»).

it is at these later times that the Hubble Sphere coincides with the event horizon, truly limiting what we can see."

Marrant, mais quand je lis «truly» (là ou dans tout autre texte) mon sens critique est immédiatement activé et me fait prendre du recul.

L'horizon des événement limite ce qu'on pourra observer. Pourquoi faudrait-il rajouter quelque chose d'autre qui limiterait «vraiment» ?

[Amanuensis]

Comme on peut le voir sur les diagrammes que je cite et re-cite, il y a des événements à l'intérieur de l'horizon des événements mais à l'extérieur de la sphère de Hubble qui seront observés un jour.

Correct ou pas correct?

[Amanuensis]

je n'arrive pas a visualier comment
evolue ces "cones" en fonction du parametre t de l'observateur en differents cas d expansion.
des diagrammes commentés seraient bienvenus.

Un «commentaire» répondant peut-être à la demande: ce que visualisent les diagrammes est la propriété, essentielle pour le sujet, que dans les modèles concernés le cône passé tend vers une limite finie (tant en coordonnées comobiles [diag 2] qu'en distance propre [diag 1]) quand le temps (propre) de l'observateur (considéré comobile) tend vers l'infini. Cette limite à l'infini du cône passé est l'horizon des événements, et, de par son statut de limite futur du cône passé, englobe nécessairement tout les cônes passés antérieurs (bien visible dans le diag 3, les coordonnées conformes faisant que les trajets de lumière sont tous à 45° de l'axe du temps).

L'existence d'une limite finie distingue les solutions avec expansion de l'espace-temps de Minkowski par exemple, dans lequel tout «lieu», quelle que soit sa distance propre, entrera un jour dans le cône passé. Dans l'espace-temps de Minkowski, on peut définir un «univers observable» au sens du cône passé à un instant donné, mais si on définit l'univers observable en incluant «ce qu'on verra un jour», alors cela inclut l'intégralité de l'espace (celui défini pour l'observateur) et même, plus curieusement, tout l'espace-temps.

[Lansberg]

Correct ou pas correct?

Yes...c'est exact.
Et on voit bien la sphère de Hubble coïncider avec l'horizon des événements à l'avenir.

[Murmure-du-vent]

Bonsoir

je ne compreinds pas le sens physique de l'évolution des photons dans les figures du lien de Lansberg.
ces photons qui depuis le BB s'eloignent de moi que suis a un endroit qq vont finir par revenir vers moi?
qu un photon fasse demi tour dans un TN sous l'attraction du centre ca peut se consevoir mais ici je ne
fais rien pour l'attirer.
En est il de meme dans ces modeles pout toute particule qui me fuit?

[Amanuensis]

je ne compreinds pas le sens physique de l'évolution des photons dans les figures du lien de Lansberg.
ces photons qui depuis le BB s'eloignent de moi que suis a un endroit qq vont finir par revenir vers moi?

Ce n'est pas physique, c'est un effet du choix de coordonnées (principalement du choix de la «distance», de la coordonnée spatiale ; il y a plusieurs notions de distance, cf. explications données plusieurs fois dans ce forum par Gilgamesh).

Tj en partant du doc que je cite, regardons le cône passé ; il est composé de deux lignes, symétrique par rapport à l'axe centre. Chacune de ces lignes est de genre temps (un «trajet de photon»). Dans la première figure elle «s'éloigne puis revient», mais ce n'est pas le cas dans les figures 2 et 3. Dans la figure 3 (coordonnées conformes) elle est à 45°, droite, comme toutes les lignes de genre lumière dans ces coordonnées.

[Murmure-du-vent]

je vais essayer de visualiser le contenu de ces figures.
pour revenir a celles de Lansberg, je veux bien qu on utilise toutes les cartes possibles mais a condition
que la notion d observateur garde son sens
j ai dans la figure 1 un observateur quasi eternel qui au temps cosmique 0 emet des photons
(les lignes rouges) qu il recoit plus tard venant de tres loin. comme si ils avaient fait le tour de quelque chose
d ailleurs qu est ce qui les distingue lors de leur emissions ils semblent tous partir dans une meme 4 direction?
Pourquoi donc reviennent ils vers l observateur?

[Lansberg]

j ai dans la figure 1 un observateur quasi eternel qui au temps cosmique 0 emet des photons

Non ! Chaque courbe rouge correspond au trajet de la lumière depuis le bigbang pour différentes époques du temps cosmique.

Prenons par exemple la deuxième courbe rouge (fig 1) : la lumière en question nous fuyait (pendant près de 3 Gy) parce qu'elle provenait de régions qui avaient une vitesse de récession supérieure à la vitesse de la lumière à cause de l'expansion (considérable au début de l'univers). Cette courbe est au-dessous de la ligne bleue qui délimite la sphère de Hubble (mon doc) et elle est au-dessus de la ligne de l'horizon des événements (voir graphe 1 du doc d'Amanuensis). La lumière en question peut donc nous atteindre à un moment ou un autre. Pourquoi ? parce que l'expansion "se calme" (H diminue au cours du temps). Il arrive donc un moment où la lumière franchit la sphère de Hubble (qui s'est étendue) et finit par nous atteindre au temps cosmique d'environ 9,5 Gy (pour l'univers d'Einstein- De Sitter). Cela se traduit par ce crochet sur le schéma, mais qui disparaît dans les graphes 2 et 3 du doc d'Amanuensis (pour les raisons qu'il donne dans son message précédent).

[Amanuensis]

Tant qu'on ne comprend pas que, malgré son nom, la coordonnée «proper distance» ne peut pas s'interpréter intuitivement, on aura du mal avec ce type de diagramme et avec la notion (inutile) de sphère de Hubble.

Le problème est que ces idées de vitesse de récession supra-luminique, de lumière qui font demi-tour, et ce qui va avec, sont «fascinantes», rendent (faussement) la physique du modèle ésotérique, bizarre, etc. Alors que ce n'est qu'un effet de choix de coordonnées.

J'essaye un parallèle, pour ce qu'il vaut. Imaginons des trajets de pôle à pôle sur la Terre suivant un méridien à vitesse constante. Clairement, sur un tel trajet on se rapproche continuellement de sa destination. Mais si on représente cela de manière planaire en projetant sur le plan équatorial, le trajet va s'éloigner puis se rapprocher ; la vitesse (vitesse-coordonnée) n'est pas constante en module ; etc. Si on cherche à intrerpréter physiquement à un tel mouvement en se basant seulement sur cette projection sans la comprendre, on sera nécessairement à côté de la plaque.

[C'est un problème courant en RG: prendre un seul système de coordonnées, c'est comme n'avoir qu'une seule photo d'une sculpture compliquée. Pour contempler correctement, et en tirer ce qui fait sens physiquement, faut combiner plusieurs «angles de vue», c'est à dire ne pas se baser sur un seul système de coordonnées, mais en prendre plusieurs et ne retenir que ce qui a un sens de tous les points de vue.

[Amanuensis]

Non ! Chaque courbe rouge correspond au trajet de la lumière depuis le bigbang pour différentes époques du temps cosmique.

Cela ne fait pas sens. C'est écrit comme si le «big-bang» était un lieu. Au mieux c'est un événement (une limite) et ne correspond qu'à une seule «époque du temps cosmique» (en fait la limite passée).

On a encore un effet de coordonnées. En fait, le point représenté en (0,0) ne correspond pas à un événement. Il ne correspond à aucun événement mais à la limite commune d'une infinité de lignes d'univers spatialement séparées. Les différentes lignes correspondent à aux différentes lignes de genre lumière spatialement (et non pas temporellement) séparées. Si on cherche ces lignes en coordonnées cosmologiques conformes (troisième diagramme dans la réf que je donne, la figure de l'autre réf correspondant au premier diagramme), ce sont les lignes à 45° partant de la ligne t=0 ; on voit alors bien qu'elles n'ont pas d'origine commune.

Pourquoi ? parce que l'expansion "se calme" (H diminue au cours du temps).

Ce n'est pas ma compréhension. On aurait le même phénomène à H constant, c'est juste un effet de l'expansion même.

(Sauf erreur de ma part, le diagramme en coordonnées conforme (3ème dans la réf. que je donne) est le même (sauf la graduation) quelle que soit l'évolution de H. Ce qui est pertinent est que le facteur d'échelle a(t) soit nul pour t=0 et infini quand t tend vers l'infini.)