Inflation et relativité

[Christian Arnaud]

Amis de la cosmologie , bonjour

La relativité nous dit que rien ne peut aller plus vite que la lumière , mais la théorie de l'inflation , qui complète celle du Big Bang , nous dit le contraire dans la mesure où l'espace s'est agrandi à une vitesse plus grande que la lumière.

Les 2 théories sont-elles incompatibles ou bien n'ont-elles pas le même domaine d'application ? (la relativité s'appliquant à des particules de notre univers , l'inflation à la création de notre univers elle même)

D'avance merci de vos points de vue
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[jacknicklaus]

La relativité nous dit que rien ne peut aller plus vite que la lumière

oui, localement.

mais la théorie de l'inflation , qui complète celle du Big Bang , nous dit le contraire dans la mesure où l'espace s'est agrandi à une vitesse plus grande que la lumière.

Cette mesure n'est pas locale : c'est un rapport effectué "après coup" entre une distance de quelques milliards d'al par un temps de quelques milliards d'année, à l'évidence ce n'est plus local.


cependant, ce point fait toujours débat : https://www.futura-sciences.com/scie...ig-bang-65294/

[Lansberg]

Bonjour,

parler de la vitesse d'expansion n'a pas de sens. Dire que l'inflation est une phase supraluminique d'expansion de l'univers n'a pas de sens non plus.
On peut par contre discuter des vitesses de récession entre deux points de l'espace. Et on pourra toujours trouver deux points de l'espace qui se fuit avec une vitesse de récession plus grande que la vitesse de la lumière. Par exemple les régions situées à plus de 14,6 milliards d'années lumière de nous, nous fuient avec une vitesse de récession plus grande que celle de la lumière. Cela ne contredit en rien les lois de la physique car ce ne sont pas des mouvements des objets dans l'espace mais des vitesses liées à l'expansion de l'espace lui même qui entraine un éloignement des objets qui s'y trouvent, avec des vitesses d'autant plus grandes que les objets sont distants les uns des autres.
Dans les premiers instants de l'univers, la distance entre deux points se fuyant avec une vitesse de récession égale à la vitesse de la lumière était beaucoup plus petite que maintenant, que ce soit pendant l'inflation ou après.

[Christian Arnaud]

Bonjour,

parler de la vitesse d'expansion n'a pas de sens. Dire que l'inflation est une phase supraluminique d'expansion de l'univers n'a pas de sens non plus.

j'adore ces discussions ouvertes et argumentées

[A voir en vidéo sur Futura]

[Christian Arnaud]

c'est un rapport effectué "après coup" entre une distance de quelques milliards d'al par un temps de quelques milliards d'année, à l'évidence ce n'est plus local.

Bonjour ,
Vous vouliez probablement parler de milliardièmes d'années et non de milliards d'année L'inflation , telle qu'elle est imaginée aujourd'hui,n'a duré que quelques très brefs instants Par ailleurs ,pourquoi introduire votre réponse par l'aspect local/non-local ?

[pm42]

j'adore ces discussions ouvertes et argumentées

Pourtant tu as eu 2 réponses argumentées.
On ne parle pas de la vitesse d'expansion parce que c'est un taux. Plus un objet est loin, plus il s'éloigne vite. La "vitesse" en question varie donc continuement. C'est souvent expliqué dans les discussions ici.
Et l'expansion est supraluminique : passé une certaine distance, les objets s'éloignent plus vite que la vitesse de la lumière. L'inflation n'avait rien de spécial de ce coté.
Ce que Lansberg a expliqué en détail si on passait la 1ère phrase qui servait juste à corriger 2 erreurs qui empèchent la compréhension.

[Christian Arnaud]

Cela ne contredit en rien les lois de la physique car ce ne sont pas des mouvements des objets dans l'espace mais des vitesses liées à l'expansion de l'espace lui même
.

Ca c'est exactement la suggestion que je fais dans la question de départ ; Merci

[invite06459106]

parler de la vitesse d'expansion n'a pas de sens |...] mais des vitesses liées à l'expansion de l'espace lui même

.

[stefjm]

Par ailleurs ,pourquoi introduire votre réponse par l'aspect local/non-local ?

C'est le pendant de "notre univers observable" / "sa création" .

[Lansberg]

.

Prendre des morceaux de phrases pour espérer en faire ressortir une incohérence ne mène pas bien loin...

[invite417be55c]

j'adore ces discussions ouvertes et argumentées

En fait l'expansion est quantifiée par la constante de Hubble, qui n'est pas une constante, et qui n'est valable que pour l'univers local.
La mesure actuelle, bien que divergente par rapport aux mesures du CMB par Planck ou par les Supernovae et le télescope spatiale sont a priori d'accord pour s'accorder autour de 70 km/s / Mpc (dimensionnellement ce n'est pas une vitesse, mais une vitesse par une distance, donc l'inverse d'un temps, c'est un taux).

Ce que ça veut dire, c'est que pour deux corps séparés de 1 Mpc (méga parsec, soit 3.26 millions d'années-lumière), bien qu'au repos par rapport au CMB par exemple, ces deux corps s'éloignent à la vitesse de 70 km/s.

C'est là où les calculs deviennent faux, si tu fais le calcul, à partir de quelle distance des corps s'éloignent à une vitesse plus vite que la lumière (je précise bien que ce n'est pas une vitesse de déplacement, mais une vitesse de récession, c'est l'espace qui s'expand), alors tu trouves quelque chose comme 15 milliards d'al (pour la valeur exacte, ce n'est pas 15 Gal, et puis des distances dans un espace en expansion ça ne veut pas dire grand chose...)

A priori, l'univers est plus grand que 15 Gal (on sait que la surface de dernière diffusion est à une distance comobile de 45 Gal). Donc en effet à partir d'une certaine distance l'espace s'expand plus vite que la lumière. En d'autres termes, au delà d'une certaine distance, deux corps ne pourront jamais s'envoyer des signaux. En d'autres termes, cette distance définit l'horizon cosmologique. En d'autres termes, on dit que ces régions ne sont plus causales.

En RG, dans la physique des trous noirs, tu as une vitesse d'entraînement de l'espace-temps supérieure à la vitesse de la lumière :
- en deçà du rayon de Schwarzschild, c'est pour ça que bien qu'un photon court vers l'extérieur du trou noir, il recule parce que l'espace-temps est entraînée plus vite que lui comme un nageur proche d'une cascade
- à partir de l'ergosphère pour un trou noir de Kerr, l'espace-temps tourne plus vite que la vitesse de la lumière, c'est pour ça que dans celle-ci, aucun objet ne peut être au repos par rapport à un observateur à l'infini.

[Lansberg]

Visiblement il y a une incompréhension sur : " la vitesse d'expansion n'a pas de sens" et "l'inflation supraluminique".
Une vitesse s'exprime en m/s ou km/s ou km/h... Donc dire que l'expansion de l'univers se fait avec une vitesse de 10 m/s ou 30 km/ s ou 300 000 km/s ou encore 10 milliards de km/s n'a effectivement aucun sens. La mise en évidence de l'expansion de l'univers a nécessité de mesurer des vitesses de récession entre nous et des galaxies plus ou moins distantes. Hubble arrive à la conclusion que plus une galaxie est éloignée et plus sa vitesse de récession est grande et cette vitesse n'est pas liée à un mouvement propre de la galaxie dans l'espace mais à l'expansion de l'espace lui-même qui éloigne la galaxie de nous. Cette vitesse v = H.D est d'autant plus importante que la distance, D, est grande et peut dépasser largement la vitesse de la lumière sans contredire à la relativité. H, le taux d'expansion, a la dimension de l'inverse d'un temps. H = v/D, peut s'exprimer en m/s/m ou km/s/m ou km/s/Mpc (km par seconde par mégaparsec qui est l'unité employée). C'est la dérivé d'une distance (appelée facteur d'échelle) par rapport au temps divisée par une distance (le facteur d'échelle). H = da/dt . 1/a ("a" = facteur d'échelle).
Quand on parle de "vitesse d'expansion de l'univers" on fait un raccourci. En fait on discute de H (ou constante de Hubble, qui n'est pas constante dans le temps).
A partir de H (ou Ho pour la valeur actuelle) on peut calculer à quelle distance (distance de Hubble, D_H), une galaxie nous fuit avec une vitesse de récession égale à la vitesse de la lumière : D_H = c/Ho ( Ho proche de 70 km/s/Mpc ). On trouve D ~ 14,6 milliards d'années lumière. Il faut imaginer une sphère autour de nous avec une limite à cette distance au-delà de laquelle les galaxies nous fuient avec une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Quand on remonte dans le passé, H augmente et D_H diminue. Il y a toujours une région au-delà de laquelle les objets ont une vitesse supraluminique. La période d'inflation, très courte, n'échappe pas à la règle. D_H était très petite mais pas nulle (dans ce cas on aurait parlé d'inflation supraluminique).

[Lansberg]

En d'autres termes, cette distance définit l'horizon cosmologique.

La distance de Hubble n'est pas un horizon. Elle augmente au cours du temps et c'est pour cette raison que nous pouvons recevoir la lumière de galaxies qui nous ont toujours fui avec une vitesse de récession supérieure à la vitesse de la lumière. Lire à ce sujet l'article de Tamara Davis et Charles Lineweaver sur les idées fausses concernant l'expansion de l'univers : https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0310808.pdf
Tout est expliqué sur les horizons, la sphère de Hubble et les vitesses de récession supraluminiques.

[Christian Arnaud]

Tout semble clair , en effet (à part le pdf australien , un peu indigeste . La vitesse de l'inflation n'existe pas , c'est un taux d'expansion , homogène à l'inverse d'un temps , donc une fréquence d'après mes souvenirs. Les constantes (celle de Hubble ou la vitesse de la lumière) sont aussi variables que ce qu'on appelle "constantes" en médecine ordinaire ; les horizons s'éloignent , etc ..... Finalement , la cosmologie est aussi éloignée du sens commun que la physique quantique Mais, d'un autre côté, il est sans doute logique que la création d'un univers à partir de rien entraine des raisonnements qui dépassent l'entendement , et qu'il y ait un peu de confusion à ce propos

[pm42]

la cosmologie est aussi éloignée du sens commun que la physique quantique

Le sens commun dit que la Terre est plate.

Mais, d'un autre côté, il est sans doute logique que la création d'un univers à partir de rien entraine des raisonnements qui dépassent l'entendement

L'Univers n'est pas créé à partir de rien dans la théorie au contraire.
Et les raisonnements ne dépassent pas l'entendement. En tout cas pas celui des gens qui travaillent dessus ni de ceux qui cherchent à comprendre. La preuve : on arrive à les expliquer en quelques phrases sur le forum.

, et qu'il y ait un peu de confusion à ce propos

La plupart des posts d'explication que j'ai lu ici étaient au contraire tout sauf confus.

[invite06459106]

Prendre des morceaux de phrases pour espérer en faire ressortir une incohérence ne mène pas bien loin...

Non, mais à la lecture cela pourrait, mais bon, chacun ses formulations, moi je lis en profane, et on (en tout cas, au moins moi) peut se poser la question sur la différence de ces 2 phrases, et cela sans avoir intention malveillante ( ton : "espérer"), sinon j'aurai mis un autre smiley par ex.
Mets tu peux penser que je suis un troll, de là à le suggérer fortement sur le fil...

[Lansberg]

"Non, mais à la lecture cela pourrait [...] que je suis un troll".


Mon message #12 aura peut-être éclairci les deux bouts de phrases que tu as associés.

[Christian Arnaud]

Ce que ça veut dire, c'est que pour deux corps séparés de 1 Mpc (méga parsec, soit 3.26 millions d'années-lumière), bien qu'au repos par rapport au CMB par exemple, ces deux corps s'éloignent à la vitesse de 70 km/s.

Là , j'aurais besoin d'explications complémentaires Comment des objets qui s'éloignent l'un de l'autre peuvent-ils être au repos par rapport à quelquechose ? encore une histoire de référentiel barycentrique ? Et puis , le CMB n'est pas un objet délimité , il est partout dans la voute céleste , non ?

[Christian Arnaud]

L'Univers n'est pas créé à partir de rien dans la théorie au contraire.

A partir de quoi ? De l'énergie , alors qu'il n'y a ni espace , ni temps ?

La plupart des posts d'explication que j'ai lu ici étaient au contraire tout sauf confus.

Oui, d'accord , mais pour des personnes qui y sont habituées

[pm42]

A partir de quoi ? De l'énergie , alors qu'il n'y a ni espace , ni temps ?

Je ne sais pas où tu as lu qu'il n'y a ni espace ni temps mais c'est faux. La seule chose qu'on sait dire, c'est que l'Univers était très dense et chaud et que passé un certain point, nos outils théoriques ne sont plus valides.
C'est tout.
Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Big_Bang et notamment la partie "Quelques idées fausses sur le Big Bang".

[Christian Arnaud]

Je ne sais pas où tu as lu qu'il n'y a ni espace ni temps mais c'est faux.
Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Big_Bang et notamment la partie "Quelques idées fausses sur le Big Bang".

Et bien , par exemple justement dans cet article de Wiki que tu pointes, et dans la partie conseillée "Quelques idées fausses...." dont la forme exacte est " et que les notions de temps et d’espace perdaient probablement leur caractère usuel1"

[pm42]

Et bien , par exemple justement dans cet article de Wiki que tu pointes, et dans la partie conseillée "Quelques idées fausses...." dont la forme exacte est " et que les notions de temps et d’espace perdaient probablement leur caractère usuel1"

Tu cites une remarque de Lemaitre datant de 1931 en l'extrayant de son contexte et en tordant sa signification.
Mais si ça te fait plaisir, on peut dire que l'Univers est né de rien, que le temps et l'espace n'existaient pas.
Cela n'a aucun sens physique ni logique mais comme ça, tu as raison et tu peux expliquer.

[Christian Arnaud]

Mais si ça te fait plaisir, on peut dire que l'Univers est né de rien, que le temps et l'espace n'existaient pas.
Cela n'a aucun sens physique ni logique mais comme ça, tu as raison et tu peux expliquer.

Je ne me permettrais pas ; mais si Lemaitre te paraît dépassé , tu peux aussi lire sur ce site CNRS :http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbi...ine/niv1_1.htm la phrase suivante en tête du document :" le temps et la matière ont surgi. "

[Lansberg]

Là , j'aurais besoin d'explications complémentaires Comment des objets qui s'éloignent l'un de l'autre peuvent-ils être au repos par rapport à quelquechose ?

En effet. Il est question en fait d'objets comobiles c'est à dire d'objets entraînés uniquement par l'expansion de l'univers, sans mouvements propres qui proviendraient d'attractions gravitationnelles.

encore une histoire de référentiel barycentrique ? Et puis , le CMB n'est pas un objet délimité , il est partout dans la voute céleste , non ?

Le CMB (pour cosmic microwave background) est effectivement un bain de photons avec un spectre de corps noir à 2,7 K. C'est ce qu'on pourrait appeler un référentiel privilégié, parce que parfaitement comobile (donc uniquement entrainé par l'expansion). Une galaxie simplement entraînée par l’expansion, sans mouvement propre verra le CMB exactement à la même température sur toute la voûte céleste. Le CMB est extrêmement homogène (au 1/100 000e de degré K près) si bien que le moindre écart à la moyenne est détectable en cas de mouvement qui n'est pas comobile par rapport au CMB.

[Christian Arnaud]

.Il est question en fait d'objets comobiles



Le CMB (pour cosmic microwave background) est effectivement un bain de photons avec un spectre de corps noir à 2,7 K. C'est ce qu'on pourrait appeler un référentiel privilégié, parce que parfaitement comobile (donc uniquement entrainé par l'expansion). Une galaxie simplement entraînée par l’expansion, sans mouvement propre verra le CMB exactement à la même température sur toute la voûte céleste. Le CMB est extrêmement homogène (au 1/100 000e de degré K près) si bien que le moindre écart à la moyenne est détectable en cas de mouvement qui n'est pas comobile par rapport au CMB.

Ah , là j'y vois plus clair avec cette notion d'objets comobiles ; en fait ce sont des notions qui accompagnent l'hypothèse de l'expansion ; merci

[Lansberg]

A ceci près que l'expansion n'est plus une hypothèse !
La notion de comobilité est essentielle à comprendre dès qu'on parle d'expansion. Les coordonnées comobiles sont invariables dans le temps. En oubliant les mouvements locaux, toutes les galaxies conservent les mêmes coordonnées comobiles au cours du temps. Il faut imaginer un quadrillage avec une galaxie à chaque angle de chaque carreau. On peut graduer ce quadrillage en x et y. Une galaxie est repérée par ses coordonnées (bien sûr dans l'espace il faut ajouter une dimension). A cause de l'expansion chaque carreau grandit (ils grandissent tous de la même façon) mais les galaxies restent à chaque angle. Les coordonnées comobiles ne changent pas et la distance de coordonnées comobiles non plus. Par contre la distance comobile c'est à dire le nombre d'années lumière qui sépare deux galaxies augmente avec l'expansion.
Le facteur d'échelle exprime cette variation de distance. Aujourd'hui le facteur d'échelle vaut 1 (c'est juste une normalisation). C'est d'une certaine manière la façon d'exprimer la taille de l'univers observable actuel.
Quand le facteur d'échelle valait 0,5, les distances comobiles étaient divisées par 2 (univers observable 2 fois plus petit). Quand il vaudra 2, les distances comobiles seront multipliées par 2...

[Christian Arnaud]

A ceci près que l'expansion n'est plus une hypothèse !

A ma connaissance , c'est seulement une explication qui tient la route pour étayer les mesures de Hubble (le physicien , pas le télescope spatial) ainsi que les mesures de WMAP et Hubble (le télescope, pas le physicien et qui contredit l'hypothèse d'Einstein et de sa constante. Elle tient tellement bien la route qu'elle est intégrée dans le modèle cosmologique standard. Mais, ça reste une hypothèse, de même que le modèle atomique de Bohr tient la route bien qu'on ait jamais vu un électron ni une transition énergétique quantique.
En disant celà , je ne mets pas en doute cette théorie , mais ça reste une explication plausible et non contredite par les mesures, pas une certitude (on pourrait par exemple trouver une autre explication à la fuite des galaxies, non ?)

[coussin]

C'est le cas de toute théorie physique.

[Lansberg]

L'expansion n'est pas une hypothèse. C'est un fait très solidement établi. Les autres explications tel que "l'état stationnaire" de Hoyle ont vécu depuis bien longtemps.
Le modèle de concordance LambdaCDM (avec constante cosmologique et matière noire) qui décrit l'évolution de l'univers tient de mieux en mieux la route (dernières données du satellite Planck de juillet 2018 : http://public.planck.fr/actualites-p...gique-standard). Il y a certes encore des imperfections selon les moyens d'observation employés.
Par contre je ne vois pas ce que signifie : "...contredit l'hypothèse d'Einstein et de sa constante" ?

[Christian Arnaud]

C'est le cas de toute théorie physique.

oui , c'est bien ce que je disais; c'est une théorie , un modèle non contredit