Big Bang & Trous Noirs, est-ce compatible ?

[invitef6397c7d]

Bonjour à tous,

En attendant la grande unification, la science fondamentale semble s'orienter vers un doublet gagnant, chacun affiné par 3 grandes théories plus ou moins inclusives entre elles :
- Gravitation Newtonienne + Relativité Restreinte + Relativité Générale
- Gravitation Quantique + Mécanique Quantique + Champs Quantiques

Parallèlement, il y a aussi les grandes questions comme l'origine de l'univers, sa topologie et son évolution. Or, il me semble qu'avec les nouvelles théories, il apparaît que certaines anciennes hypothèses théoriques sont aujourd'hui invalidées mais il est bien difficile pour un néophyte d'y voir clair dans ce dédale de conjectures.

Je voudrais seulement avoir quelques éléments de compréhension concernant l'hypothèse du BIG BANG.

VALIDITE DE L'HYPOTHESE DU BIG BANG ?
Il me semble que la théorie du Bing Bang où toute la matière (ou l'énergie) primordiale de l'univers aurait été concentrée en un point et aurait subit une gigantesque explosion (au temps 0) qui aurait formé l'univers d'aujourd'hui, est en contradiction avec les théories traitant des trous noirs.
D'après ma compréhension, si toute la matière primordiale avait été confinée en un point (de petite taille devant l'univers), on pourrait donc parler d'un univers globalement vide et dans une situation initiale de trou noir primordial. Mais d'un autre côté, il semble que les trous noirs ne laissent s'échapper que de faibles quantités d'énergie de type rayonnement thermique ou autre, et voire même en reçoivent s'ils sont très massifs parce que plus froids que le rayonnement cosmique (ce qui est probablement le cas s'il n'y a aucune matière à l'extérieur du trou noir primordial).

On en arrive donc à une contradiction entre un trou noir primordial sans possibilité de rayonnement et une gigantesque explosion qui s'en serait suivie !
Pouvez-vous, S.V.P., me donner quelques éclaircissements sur ce point ?

En vous remerciant,
Yves Laborde
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[pm42]

Il me semble que la théorie du Bing Bang où toute la matière (ou l'énergie) primordiale de l'univers aurait été concentrée en un point et aurait subit une gigantesque explosion (au temps 0)

C'est la vision que donne la mauvaise vulgarisation. Sauf que toute la matière n'était pas concentrée en un point et que ce n'est pas une explosion.
Ce que dit la théorie, c'est que l'Univers était très dense et très chaud et qu'il est entré en expansion.

D'après ma compréhension, si toute la matière primordiale avait été confinée en un point (de petite taille devant l'univers), on pourrait donc parler d'un univers globalement vide

Non, il pouvait parfaitement être infini. Ensuite, tu supposes que le Big Bang a eu lieu dans un espace-temps préexistant où tout se serait concentré. Donc toute la matière en 1 point et le vide autour.
C'est la limite de l'image de l'explosion. Tout l'Univers était dense et chaud, il n'y avait pas de vide froid.

[invitef6397c7d]

Je te remercie beaucoup de ta réponse.
Tu as relevé des points importants qui vont m'inciter à approfondir l'évolution des nouvelles théories de formation de l'univers.

Mais, à mon époque, quand on évoquait le Big Bang, c'était dans le sens d'un début de l'univers qui aurait commencé par un stade d'hyper-concentration de matière primordiale et que cela se serait expansé et continuerait de le faire à la suite d'une formidable explosion.
Mais tu es en train de me dire qu'il y a d'autres schémas possible où la matière n'aurait pas été nécessairement concentrée en un point. Je veux bien entendre cela mais, pour moi, ça n'a plus rien à voir avec la théorie du Big Bang, c'est une théorie d'expansion de l'univers en tout point à partir d'une matière primordiale élémentaire très dense et très chaude d'après ce que je comprends.

Ce n'est pas que ça ne m'intéresse pas, mais ce n'était pas le sens de ma question.
Encore une fois, il y a une telle diversité de théories et de sous théories qu'il est bien difficile de poser un contexte pertinent pour un questionnement précis.

Pour reformuler ma question, je voulais savoir si la théorie du Big Bang en tant que point initial et temps zéro présupposé de notre univers était d'une part assimilable à l'existence d'un trou noir primordial et d'autre part compatible avec ce que les scientifiques semblent aujourd'hui connaître des trous noirs. La question de savoir si cette configuration initiale de trou noir primordial est envisageable est une autre histoire et peut aussi être abordée si cela est possible.

Encore merci

[mach3]

Le big bang et les trous noirs sont tous deux des prédictions de la relativité générale.

Le premier s'obtient en postulant un univers homogène et isotrope : la solution ainsi obtenue, dites de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW), est soit en expansion, soit en contraction (il faut ajuster son contenu en matière et en énergie au poil de cul près pour qu'il soit statique, c'est pour cette raison qu'Einstein avait introduit la constante cosmologique au départ). Il s'agit d'une expansion globale, pas d'une zone en particulier. Il n'y a pas de zone vide, sans quoi l'hypothèse d'homogénéité n'est plus respectée et la solution est donc autre.

Le second s'obtient en postulant un univers vide statique (pas de matière, pas d'énergie, rien du tout) avec une symétrie sphérique : la solution obtenue, dite de Schwarzschild, contient une région où les lignes d'univers entrent mais ne sortent pas, le trou noir. Cette solution a été généralisée en considérant un moment cinétique (Kerr), une charge électrique (Reissner-Nordstrom) ou les deux (Kerr-Newman, la solution la plus générale). La solution de Schwarzschild se retrouve également à l'extérieur (vide) d'astres (non vides) à symétrie sphérique. L'intérieur de l'astre est décrit par une autre solution (ça peut être FLRW si il est homogène) "raccomodée" à celle de Schwarzschild. L'astre peut s'effondrer et laisser place à la fameuse région dont les lignes d'univers ne ressortent pas, on parle de trou noir astrophysique.

Aucune des deux n'impose une topologie globale pour l'univers, qui peut être fini ou infini, la seule contrainte est qu'il n'y ait pas de frontière (fini mais sans frontière? penser à la surface de tout volume fini, comme une sphère ou un tore).

On peut penser l'univers (en simplifiant beaucoup) comme un patchwork de solutions type Schwarzschild (plein d'astres) qui de loin forme un tissu global de l'allure FLRW (de loin l'univers apparait homogène et isotrope, ce qu'il n'est pas à petite échelle bien entendu).

Bien qu'il existe des théories qui spéculent que le big-bang pourrait être issu d'un trou noir, ce n'est pas le consensus, surtout au regard de ce qui précède : deux solutions différentes de la relativité générale pour des situations totalement différentes (il faut donc bricoler pas mal pour relier les deux).

Note : les deux solutions remontent aux années 20-30. le big-bang n'a jamais été pensé différemment (par exemple comme une explosion dans un univers vide) par les scientifiques (à part pour s'en moquer, comme Fred Hoyle, qui a inventé le mot big-bang pour se moquer du modèle), c'est une autre histoire concernant la vulgarisation et la compréhension du publique.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef6397c7d]

Je vous remercie de m'avoir répondu aussi longuement.

Cela m'a permis de comprendre que mes lectures à propos du Big Bang étaient plus empreintes de vulgarisation que de théorie scientifique.
Les deux approches de RG que vous avez présenté me montrent que les théories sur la genèse de l'univers sont encore très hypothétiques et qu'elles semblent loin de faire l'unanimité dans les milieux scientifiques. Au moins vous m'avez permis de mettre à jour quelques éléments de compréhension.

En vous remerciant vivement,
Yves

[mach3]

Les deux approches de RG que vous avez présenté me montrent que les théories sur la genèse de l'univers sont encore très hypothétiques et qu'elles semblent loin de faire l'unanimité dans les milieux scientifiques. Au moins vous m'avez permis de mettre à jour quelques éléments de compréhension.

attention, il ne s'agit pas de deux approches, mais de deux solutions "simples" de la RG pour des cas "idéaux", mais qui permettent d'approximer certains cas réels (notre univers à très grande échelle pour l'un, les orbites de petits corps autour d'une importante masse centrale pour l'autre). Le calcul pour l'univers réel est impossible sans supercalculateur car les équations deviennent vite immangeables (même pour le problème à deux corps il n'y a pas de solution analytique en RG, mais les supercalculateurs font bien le travail).
Par ailleurs le modèle du big-bang est très largement consensuel, là où ça pêche c'est notamment vers le tout début. En effet la solution FLRW prédit un instant initial de densité infinie, qui pose problème, et les dans les premiers instants qui suivent cet instant initial, on sait que la RG est invalide car elle ne prend pas en compte la mécanique quantique avec laquelle elle est incompatible. On se retrouve donc avec une zone floue où là par contre il n'y a pas consensus et pléthore de théorie candidates en attente de validation.

m@ch3

[invitef6397c7d]

Merci de revenir sur le fait qu'il s'agissait de deux solutions et non de deux approches et que chacune d'elles participe à la recherche d'un modèle de Big Bang qui finalement tient toujours.


Vous l'aurez sûrement compris, je ne suis pas un adepte du modèle du Big Bang (même si je le respecte) et je tentais seulement (très naïvement) d'obtenir un éclairage sur un point qui me tarabustait. Ce qui est fait avec vos explications et vos commentaires vraiment très bien venus (même si cela reste encore très à la superficie de la réalité et des fondements théoriques qui ont permis d'en définir les contours).


A vrai dire, je ne suis pas très surpris que le modèle du Big Bang tienne toujours car si l'on recherche un tout début aux choses, il n'y a pas tant de possibilités que de partir d'un état vierge de toute intrication et donc de toute la complexité qui s'en est suivi.


Et au fond, on pourrait dire qu'échapper au modèle du Big Bang serait comme échapper à l'idée même d'un début. Voilà sans doute ce que vous m'avez permis de comprendre… peut-être malgré vous (parce que vous ne serez pas forcément d'accord) mais je vous en remercie.


Si la RG ou la MQ sont les meilleurs candidats à ce jour pour aller de l'avant dans la compréhension, il sont indéniablement aussi ce qui permettra de remonter en arrière dans le temps et dans l'espace. Il serait dommage de s'en priver et il faut donc essayer. Avec le peu d'éléments que vous pouviez raisonnablement me donner, j'ai tout de même une idée plus précise de l'énormité du travail que cela représente (au moins en terme de calcul).


Juste en guise de clin d'oeil : malgré tout, d'autres cherchent dans d'autres voies comme Aurélien Barrau et ses multivers par exemple. A la limite de la philosophie et parfois de la métaphysique, il en revient finalement toujours à la science ( avec pour preuve qu'Etienne Klein assiste à ses conférences).


Bien à vous,
Yves